深入理解JVM类加载机制-优快云博客

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由内而外的类加载过程解析

前情提要

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前情提要

java中你new一个对象之后是怎么生效以及怎么在机器中运行的你有想过吗？

所有java代码的运行都是要依靠jvm，及Java Virtual Machine（Java虚拟机），.java文件被java编译器javac编译成.class文件之后，jvm就可以识别.class文件的内容了，这样java就相当于有了自己的语法规则，今天来聊聊jvm是怎么加载.class文件的。

jvm内存模型

在开始之前我们有必要了解一下java内存模型：

1、什么是方法区

方法区内主要存储了一些类信息，例如字段、方法、常量池，相当于记录了一个类的结构组成，当你new一个对象的时候，jvm就会根据你这个类在方法区内的数据结构在堆中构建一个新的对象，类似于记录了一个模型，每次的新建必须根据这个模型来构造。

这里面的常量池有一点特殊，常量池里记录了不会变更的常量，比如接口名称，类名称、字段名称、方法名称等等以符号出现的形式，除此之外所有的字符串都会记录在常量池里，每次对字符串的引用如果常量池里有都会从常量池获取，初次之外，加关键字final的属性也会存储在常量池中，所以这也从侧面映射了常量池中的属性是不允许更改的，且是永久的，所以占用内存较大。

2、虚拟机栈

java虚拟机栈生命周期是随线程同生同灭的，主要存储的数据是局部变量，当你请求调用一个方法时会申请一个帧栈，用户保存当前方法的局部变量。每个线程可以申请多个帧栈，递归调用就是典型的例子，所以递归用的不好造成死循环，不断的申请帧栈，最终申请的深度大于虚拟机所允许的深度，就会抛出常见的StackOverflowError异常。

虚拟机栈

3、本地方法栈

本地方法栈从内存方面和java虚拟机栈类似，唯一不同的是本地方法栈是站在操作系统层面的，不属于jvm的范畴，至于这样设计的主要原因我想是因为要给java留有调用本地C代码的口子。

4、堆

堆是存储对象的地址空间，每个新对象的构造都需要在堆上开辟空间。由于我们需要不断的在堆上构造新的对象，而且对象的大小不统一，所以会造成堆的严重浪费和重复利用率低。但是java比C++最大的优势有GC(垃圾回收)机制，jvm会监测堆中内存占用大小，阈值，那些空间是不会再利用了，那些空间还需要继续使用，怎样压缩空间全都可以交给gc来管理了。所有有用的对象会直接或间接和一个root指针建立连接，否则会在下一次gc判断为垃圾进行空间回收。

5、程序计数器

这个比较好理解，和操作系统中的程序计数器含义一样，记录着当前代码走到了那一条指令，每执行完一条指令，程序计数器就会加1，程序计数器的地址记录着下一条指令所对应的地址，每个线程都有自己的程序计数器。

类加载过程

其中类加载包括五个阶段：加载、验证、准备、解析、初始化。
加载过程

1、加载

1. 通过全限定名来加载二进制字节流，这里的全限定名包括：

包名+类名，但是有个需要记住的点，不同的类加载器加载的类不相等，也就是说在方法区中存储的是两套类结构，彼此之间不能访问。
2. 将这个字节流的静态存储结构转化为方法区运行时的数据结构
3. 根据方法区的数据结构在堆中构造一个相应的内存，提供访问入口。

2、验证

1. 文件格式的校验：验证.class文件是否能被当前jvm识别，主要包括魔数、主版本号、常量池的校验信息。
2. 元数据校验：对字节码信息进行语义校验，比如一些特性，继承、多态、final不可重写等等是否满足java规范要求。
3. 字节码校验：对数据流和控制流进行分析，保证语义是合法符合逻辑的，不会危害虚拟机的的行为。
4. 符号引用验证：虚拟机将符号转化为直接引用，主要对类自身以外的信息进行校验，确保解析动作顺利完成

3、准备

这个阶段主要是为类变量分配空间和设置初始值。
类static变量会直接分配内存到方法区，和方法区的类结构属于同一水平，其它实例变量不会直接分配内存，分配内存是在堆上分配，但是会赋初始值，比如int型默认初始值为0，long型默认对象对0l,boolean型默认初始值为false，就算是在定义的时候给了初始值，在该阶段也不会被赋予，比如int i = 9，这个阶段的i依然被初始化为0，真正有值的情况一定是在堆上分配空间之后才会有。

4、解析

将虚拟机常量池中的符号引用转化为直接引用的过程。
什么是符号引用：就是我们定义的变量名，符合命名规范即可。
什么是直接引用：就是堆中内存分配的实际地址。解析动作就是将方法区中的符号引用转换成堆中的具体内存地址。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。

5、初始化

这里主要是调用了类构造器的()方法的过程，具体动作主要是对类变量设置初始值。初始化步骤主要包括：
1. 检查该类有没有被加载和连接，如果没有则先加载和连接该类
2. 如果该类的父类还没有被初始化，则先初始化该父类
3. 依次执行初始化语句
初始化过程


public class A {

    static {
        System.out.println("static A");

    }
    public A(){
        System.out.println("init A");
    }
}


public class B extends A {

    static {
        System.out.println("static B");
    }
    public B(){
        System.out.println("init B");
    }

    public static void main(String[] args) {
            new B();
    }
}