Java类加载机制详解-优快云博客

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加载，验证，准备，初始化和卸载这5个阶段开始的顺序是确定的。

Java虚拟机规范没有规定什么时候开始类的加载阶段，这可以由虚拟机具体实现来自由把握，但是对于初始化阶段，虚拟机规范严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行初始化。
1 遇到new gestatic putstatic或invokestatic这4个字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这四条指令的最常见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的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
2 使用java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化则需要先触发初始化。
3当初始化一个类的时候，如果发现其父类没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
4 当虚拟机启动时，用户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 当使用JDK1.7动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic REF_puStatic REF_invokeStatic 的方法的句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

这5种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

7.3类加载的过程

7.3.1加载
在加载阶段，虚拟机需要完成以下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。

第一点的实现方式很多，例如
从ZIP，JAR，EAR，WAR包中读取
从网络中获取，这种场景最典型的应用就是Applet。
运行时计算生成，这种场景使用得最多的就是动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，就是用了ProxyGeneratorProxyClass来为特定接口生成形式为“*$Proxy”的代理类的二进制字节流。

加载阶段完成后，虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区中，然后再内存中实例化一个java.lang.class类的对象，这个对象将作为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。

7.3.2验证
验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件中的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
验证阶段是非常重要的，这个阶段是否严谨，直接决定了java虚拟机是否能承受恶意代码的攻击。
验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证。

1 文件格式验证
这一阶段要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。
该阶段的主要目的是保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区内，格式上符合描述一个java类型信息的要求。这一阶段的验证是基于二进制字节流进行的，只有通过了这个阶段的验证后，字节流才会进入内存的方法区中存储，所以后面的3个阶段验证全部是基于方法区的存储结构进行的，不会再直接操作字节流。

2元数据验证
这一阶段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
例如：
这个类是否有父类（除了java.lang.Object外所有的类都应当有父类）
类中的字段，方法是否与父类产生矛盾（例如覆盖了父类的final字段，或者出现不符合规则的方法重载）
这阶段的主要目的是对类的元数据进行语义校验，保证不存在不符合java语言规范的元数据信息。

3 字节码验证
字节码验证是整个验证阶段最复杂的一个阶段，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。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后，这个阶段将对类的方法体进行校验分析，保证被校验类的方法体在运行期不会做出危害虚拟机安全的事件。

4符号引用验证
这个阶段的验证通常发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三个阶段——解析阶段中发生。符号引用验证可以看做是类对自身以外（常量池中的各种符号引用）的信息进行匹配性校验
通常校验下列内容
符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类
在制定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段
符号引用中的类，字段，方法的访问性（private，protect，public…）是否可被当前类访问

7.3.3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。
强调两个概念：
这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量
其次，这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值
相对“通常情况”下的会有一些“特殊情况”，如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那么在准备阶段变量就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值

7.3.4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：符号引用一一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的定位到目标即可。
直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针，偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。

解析阶段包括
1 类或接口的解析
2 字段解析
3 类方法解析
4 接口方法解析

7.3.5初始化
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，或者可以从另外一个角度来表达：初始化阶段是执行类构造器clinit()方法的过程。
clinit()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值活动和静态语句块（static{}块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。
clinit()方法与类的构造函数（或者说实例构造器init()方法）不同，它不需要显示地调用父类构造器，虚拟机保证在子类的 clinit()方法执行之前，父类的clinit()方法已经执行完毕。因此在虚拟机中第一个被执行的clinit()方法的类肯定是java.lang.Object
由于是父类的clinit()方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句要优先于子类的变量赋值操作
clinit()方法对于类或接口来说不是必需的，如果一个类中没有静态的语句块，也没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成clinit()方法。
接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成clinit()方法。但接口与类不同的是，执行接口的clinit()方法不需要先执行父接口的clinit()方法。只有当父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。另外接口的实现类在初始化时也不会执行接口的clinit()方法。
虚拟机会保证一个类的clinit()方法在多线程环境中被正确的加锁，同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的clinit()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行完clinit()方法完毕。

7.4类加载器
虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述词类的二进制字节流”这个动作放到java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”

7.4.1类与类加载器
类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在java虚拟机中的唯一性，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的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那么这两个类就必定不相等。

7.4.2双亲委派模型

从java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）,这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

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这里的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。
双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最后都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。