java虚拟机类加载机制详解

小咪咪 2022-04-10 02:39 204阅读 0赞

**加载类的生命周期如下，加载的开始执行顺序（注意是开始执行顺序，而不是执行完再执行下一步，是交叉进行的）必须按照以下顺序执行（解析和初始化某些情况会倒过来）。**

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### 1.加载 ###

**加载分为以下三步：**

a. 通过一个类的全限定名(比如: com.demo.test.java)获取此类的二进制字节流。（不一定直接加载一个class文件，比如通过反射动态加载，通过jsp文件生成class类，从压缩包中读取等）

b. 将此字节流所代表的静态存储结构转化成方法区(java8 以上放在元空间)的运行时数据结构。

c. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.class对象，作为这个类在方法区(java8 以上在元空间)各种数据（方法，变量等）的访问入口。

### 2.验证 ###

验证过程是防止执行了有害代码导致系统崩溃（如果是通过编译java类编译的class文件那么在编译时就会失败，但是字节流不止是来源于直接编译java类生成了，还有其他的途径生成，因此需要验证字节流的安全性）

a. **文件格式验证。**比如验证是否以magic number(magic number 用于标记一个文件格式)0xCAFEBABY(java 的magic number格式)开头，验证主次版本是否在当前虚拟机处理范围(允许执行低版本，不可执行超过当前版本的，比如jdk7虚拟机加载jdk8生成的字节流)等等。

b. **元数据验证。**主要是对元数据进行语义分析，比如验证是否有继承父类（除了Objec类，其他类都应当有父类），验证是否继承了final继承的类，重载方法是否符合规则，字段方法名是否冲突等等。

c. **字节码验证**。通过数据流和控制流分析整个程序的语义是否合法。比如是否直接将一个父类对象赋值给一个子类数据类型，甚至是毫无相关的数据类型。比如保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。

d. **符号引用验证**，这个验证发生在解析阶段将符号引用转化为直接引用。（符号引用： 比如一个类a引用了类b，由于编译期并不知道类b实际内存地址，因此通过类似全限定名的常量来标记引用了类b，这个常量即为符号引用，方法和字段的符号引用也同理）。此验证内容包括验证通过该全限定名是否可以找到对应的类，在引用类中是否存在当前引用的方法和字段，符号引用的类，字段，方法的访问性(public,private,protected,default)是否可以被当前类访问。

### 3. 准备 ###

准备阶段是正式为类变量(被static修饰的变量)分配内存和设置变量初始值的阶段。

如下定义的变量，在该阶段value会被初始化被0，注意不是111而是0，因为通常情况下当前阶段还没有进行赋值动作。

public static int value = 111;

但是如果是被final定义的属性，那在该阶段就会进行赋值为111。

public static final int value = 111;

### 4.解析 ###

解析阶段是将符号引用替换成直接引用的过程。

a. 类或接口的解析，将代表符号引用的全限定名传递给类加载器去加载。

b. 字段解析，进行字段解析会先解析字段所属的类或接口的符号引用，过程会先查类或接口本身有没有包含此字段，如果找不到会从下而上找继承的类或者实现的接口有没有。

c. 类方法解析。类似字段的解析方式。

d. 接口方法解析。类似字段解析的方式。

### 5. 初始化 ###

<clinit>() 方法（执行类变量即静态变量的赋值操作和静态语句块的语句 static\{\}），java类会先执行父类的clinit方法再执行子类，因此object类的clinit方法是最先执行的，接口不会去执行父类的clinit方法，多线程环境下同时初始化一个类，只有一个执行，其他线程阻塞等待。

*  **java类初始化三个特殊实例**

**a.通过子类引用父类的静态字段不会触发子类的类初始化**

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(Test2.value);
        }
    }
    class Test1{
        public static int value =123;
        static {
            System.out.println("test1初始化了");
        }
    }
    
    class Test2 extends Test1{
        static {
            System.out.println("test2初始化了");
        }
    }

### ![201812241053376.png][] ###

**b.通过数组定义引用类，不会触发此类的初始化**

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            Test1[] test1 = new Test1[10];
        }
    }
    class Test1{
        public static int value =123;
        static {
            System.out.println("test1初始化了");
        }
    }

结果如下，没有任何输出。

![20181224105603971.png][]

**c.调用另外一个类的定义的静态常量，不会触发被调用类的初始化**

不会加载的原因是编译阶段通过常量传播优化，调用Test1的常量会被优化成Test直接引用常量池中的该常量，因此实际上Test已经不存在Test1的符号引用入口了。

public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.print(Test1.HELLO);
        }
    }
    class Test1{
        static final String HELLO = "hello";
        static {
            System.out.println("test1初始化了");
        }
    }

结果如下。

![20181224110622429.png][]

### 类加载器 ###

1. bootstrap classLoader 启动类加载器，用于加载jdk根目录下的lib目录中的jar文件。

2. extension classLoader 扩展类加载器，用于加载jdk根目录下的lib/ext/目录中的jar文件。

3. application classLoader 应用程序类加载器，用于加载classpath即用户类路径上的类，一般没有自定义类加载器，那程序默认就是用这个加载器加载。

### 双亲委派模式 ###

如果一个类加载器收到类加载的请求，不会先自己尝试加载，而是先把这个请求交给父加载器加载，父加载器无法加载后，子加载器再去加载，加载关系图如下。通过这个模式，可以避免系统出现同包同名的类，从而导致应用程序出问题。

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