类加载

一、概述：

       类加载机制：校验，转换解析和初始化，最终形成可被虚拟机使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

二、类加载的生命周期：

        加载——>验证——>准备——>解析——>初始化——>使用——>卸载

        其中验证，准备和解析他们合称为链接过程。

三、加载：

       1、通过类的全限定名获取该类的的二进制字节流；

       2、将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、生成代表该类的Class对象并存放方法区，作为方法区该类的各种数据的访问入口。

      对于上述字节流，可能来源：

• 压缩包，例如jar/war等格式;
• 网络，典型场景applet;
• 运行时计算生成，例如动态代理技术，在java.lang.reflect.Proxy中，利用ProxyGenerator.generateProxyClass来为特定接口生成形如“*$Proxy”的代理类的二进制字节流；
• 数据库，例如中间件服务器(SAP Netweaver)。

 四、验证

       验证是连接阶段(Linking)的第一步，目的是为了确保Class文件的字节流符合虚拟机规范，不会危害虚拟机自身安全。比如：访问数组越界问题，将对象转型为未实现的类型，跳转到不存在的代码区等情绪编译器都会拒绝编译，也就是无法生成Class文件，既然如此，为什么还要验证呢？原因是Class文件不一定都是由java源码编译而成，可以是任何途径，所以验证还是很有必要的，尽可能保证系统能承受住恶意代码攻击。

      验证主要工作分为四个阶段：

      1、文件格式的验证：验证是否符合Class文件格式规范；

      2、元数据验证：验证是否符合Java语言规范；

      3、字节验证：验证数据流和控制流分析；

      4、符号引用验证：验证符号引用转化为直接引用。

五、解析：

      主要工作：虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的阶段。

      符号引用(Symboilc Reference)：以一组符号来描述引用目标，符号可以是任意形式的字面量。只能要准确定位到目标即可。符号引用与虚拟机的内存布局无关，引用的目标也不一定存在内存。这样兼容性强，各种虚拟机只需要能接受符号引用即可。

     直接引用(Direct Reference):直接引用就是指向目标的指针、相对偏移量或者能间接定位到目标的 句柄，直接引用和虚拟机内存布局息息相关。直接引用的目标必然存在与内存中。

六、初始化：

      主要工作：主要执行类构造器方法clinit。（class init的简称）

      类初始化阶段是类加载的最后一个阶段。在初始化之前的过程中，用户可控的地方只有通过自定义类加载器参与，其余都是虚拟机主导和控制。

      1、类构造方法：

类构造方法是由编译器自动收集源文件中的类变量赋值操作和静态语句块合并而成的。收集顺序是由语句在源文件的顺序所决定。故静态语句块只能访问定义之前的静态变量；对于定义之后的变量可以赋值，但不能访问。

clinit方法与类的实例构造方法init不同，clinit方法不需要显式调用父类构造器，虚拟机会保证子类的clinit方法执行之前，父类的clinit方法已经执行完毕。故第一个被执行的clinit方法的类肯定是java.lang.Object;

clinit方法不是必需的，对于没有静态块和类变量赋值操作，编译器不会生成clinit方法。

   （1）父类静态语句和静态变量赋值优先于子类.

   （2）interface中不能有静态语句块，但仍可以有变量初始化的赋值操作，也可以生成clinit方法。但接口和类的不同是，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。

       （3）虚拟机保证类构造方法可以多线程正确执行，会加锁、同步的操作。 一个线程执行类构造方法，其他线程阻塞等待，当类构造方法有耗时操作，会造成多进程的阻塞,往往比较隐蔽。

       2、类初始化时机：

              （1）遇到new 、getstatic、putstatic或invokeStatic这4条字节指令时。常见场景：

                        a、遇到使用new关键字实例化对象时，触发new;

                        b、读取类变量时，触发getstatic;(final常量除外)；

                        c、设置类变量时，触发putstatic;

                        d、调用类的静态方法时，触发invokeStatic;

             （2）虚拟机启动时，需指定一个要执行的主类(含有main()的类)，虚拟机会先初始化该类；

             （3）初始化一个类时，当其父类没有初始化，则需要先触发其父类的初始化；

             （4）使用java.lang.reflect包中的方法对类进行反射调用时；

             （5）当java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且该句柄所对应的类没有进行过初始化；

               对于final常量不能触发类初始化，是由于在编译时已把数据放入常量池的静态字段，当读取类的static final字段时，并不需要初始化类，而是从常量池中去获取相应的数据。上述的5种场景的行为都是对类的一个主动引用过程。除此之外，还有被动引用并不会触发类的初始化过程。