虚拟机类加载机制

1.类加载的时机

类从被加载到虚拟机内存中开始到卸载出内存为止，它整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载这7个阶段。验证、准备、解析统称为连接。
有5种情况必须立即对类进行“初始化”：

1. 遇到new、getstatic、putstatic、或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发初始化。对应的java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰，在编译期已把结果放入常量池的静态字段除外）的时候、以及调用一个类的静态变量的时候。
2. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候。
3. 初始化一个类时，当发现其父类未被初始化的时候，需要先触发其父类的初始化。
4. 虚拟机启动时，需要指定一个要执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
5. 使用JDK1.7动态语言支持，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

2.类加载的过程

类加载分加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。

2.1加载

在加载阶段，虚拟机会完成3件事情：
1）通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2）将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
3）在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

2.2验证

验证是连接的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害到虚拟机自身的安全。
验证阶段会完成以下4个阶段：
1）文件格式验证。
这个阶段验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。保证输入的字节流能正确的解析并存储于方法区之内，格式上符合描述一个Java类型信息的要求。
2）元数据验证。
这个是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。
3）字节码验证
整个验证过程中最复杂的一个阶段，主要目的是通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
4）符号引用验证
发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，可以看做对类自身以为的信息进行匹配性校验，目的是保证解析动作能正常执行。

2.3准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。注意2点：
1）这个时候进行内存分配仅包括类变量，而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在堆中。
2）这里说的初始值通常情况下是数据类型的零值。特殊情况下，如类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那在准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值。

2.4解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
符号引用：以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。
直接引用：直接指向目标的指针、相对偏移量、能间接定位到目标的句柄。
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

2.5初始化

初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码。在准备阶段，变量已经赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。也可以说初始化是执行类构造器< clinit >()方法的过程。
简单说下< clinit >()方法执行过程及其特点：
1）< clinit >()方法是由编译期自动收集类中的所有类变量的赋值的动作和静态语句块(static{})中的语句合并产生的，编译期收集顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的。
2）在子类的< clinit >()方法执行之前，父类的< clinit >()方法已经执行完毕。由于父类的< clinit >()方法先执行，意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作。
3）如果一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，则编译期可以不为这个类生产< clinit >()方法。
4）接口中也有变量初始化的赋值操作，因此接口和类一样都会生成< clinit >()方法。但接口不会先执行父接口的< clinit >()方法。另外接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的< clinit >()方法。
5）JVM保证类的< clinit >()方法在多线程环境中被正确的加锁、同步，如果多线程同时去初始化一个类，那么只有一个线程去执行类的< clinit >()方法，其他线程都需要阻塞等待。

3.类加载器

实现“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作的代码模块称为“类加载器”。

3.1类与类加载器

比较两个类是否相等，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，及时这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它的类加载器不同，那两个类就必定不相等。
这里的相等，包括equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判断等情况。

3.2双亲委派模型

类加载器分为，启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器、自定义类加载器。这些类加载器之间的关系如图，称为双亲委派模式。

其工作过程是：
1.一个类加载器收到类加载请求，不会首先自己去尝试执行，而是把请求发给父类加载器去完成，每个层次类加载器都是如此。
2.只有父类反馈无法完成这个加载请求时，子加载器才会尝试自己去加载。
好处：这样保证无论类被哪个类加载器加载，都会委派给最顶端的启动类加载器加载，保证各种类加载环境中都是同一个类。