Java类加载执行顺序

朱雀 2023-02-11 08:58 165阅读 0赞

当程序要使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过**加载，连接，初始化三步来实现这个类进行初始化**。

一、加载

加载，是指Java虚拟机查找字节流（查找.class文件），并且根据字节流创建java.lang.Class对象的过程。这个过程，**将类的.class文件中的二进制数据读入内存，放在运行时区域的方法区内。然后在堆中创建java.lang.Class对象，用来封装类在方法区的数据结构**。

**类加载阶段：**

（1）Java虚拟机将.class文件读入内存，并为之创建一个Class对象。  
（2）任何类被使用时系统都会为其创建一个且仅有一个Class对象。  
（3）这个Class对象描述了这个类创建出来的对象的所有信息，比如有哪些构造方法，都有哪些成员方法，都有哪些成员变量等。

Student类加载过程图示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
**二、连接**

连接包括验证、准备以及解析三个阶段。

（1）验证阶段。主要的目的是确保被加载的类（.class文件的字节流）满足Java虚拟机规范，不会造成安全错误。  
（2）准备阶段。负责为类的静态成员分配内存，并设置默认初始值。  
（3）解析阶段。将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用。  
说明：

**符号引用**。即一个字符串，但是这个字符串给出了一些能够唯一性识别一个方法，一个变量，一个类的相关信息。

**直接引用**。可以理解为一个内存地址，或者一个偏移量。比如类方法，类变量的直接引用是指向方法区的指针；而实例方法，实例变量的直接引用则是从实例的头指针开始算起到这个实例变量位置的偏移量。

举个例子来说，现在调用方法hello()，这个方法的地址是0xaabbccdd，那么hello就是符号引用，0xaabbccdd就是直接引用。

**在解析阶段，虚拟机会把所有的类名，方法名，字段名这些符号引用替换为具体的内存地址或偏移量，也就是直接引用。**

**三、初始化**

初始化，则是为标记为常量值的字段赋值的过程。换句话说，**只对static修饰的变量或语句块进行初始化。**

**如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。  
如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。**

**静态代码块>初始化属性值>普通代码块>构造方法**  
**注：构造方法最后执行。**

注意：  
**类加载过程只是一个类生命周期的一部分，在其前，有编译的过程，只有对源代码编译之后，才能获得能够被虚拟机加载的字节码文件；在其后还有具体的类使用过程，当使用完成之后，还会在方法区垃圾回收的过程中进行卸载（垃圾回收）。**

**四、类加载器**  
虚拟机设计团队把加载动作放到JVM外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类。

**1、Java语言系统自带有三个类加载器**  
**Bootstrap ClassLoader** ：最顶层的加载类，主要加载核心类库，也就是我们环境变量下面%JRE\_HOME%\\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。另外需要注意的是可以通过启动jvm时指定-Xbootclasspath和路径来改变Bootstrap ClassLoader的加载目录。比如java -Xbootclasspath/a:path被指定的文件追加到默认的bootstrap路径中。我们可以打开我的电脑，在上面的目录下查看，看看这些jar包是不是存在于这个目录。  
**Extention ClassLoader** ：扩展的类加载器，加载目录%JRE\_HOME%\\lib\\ext目录下的jar包和class文件。还可以加载-D java.ext.dirs选项指定的目录。  
**Appclass Loader**：也称为SystemAppClass。 加载当前应用的classpath的所有类。  
我们看到java为我们提供了三个类加载器，应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，我们还可以加入自定义的类加载器。这三种类加载器的**加载顺序**：  
**Bootstrap ClassLoader > Extention ClassLoader > Appclass Loader**  
层次关系如下图所示  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
代码验证如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
从上面的结果可以看出，并没有获取到ExtClassLoader的父Loader，原因是Bootstrap Loader（引导类加载器）是用C语言实现的，找不到一个确定的返回父Loader的方式，于是就返回null。

**2、类加载的三种方式**  
认识了这三种类加载器，接下来我们看看类加载的三种方式。

（1）通过命令行启动应用时由JVM初始化加载含有main()方法的主类。  
（2）通过Class.forName()方法动态加载，会默认执行初始化块（static\{\}），但是Class.forName(name,initialize,loader)中的initialze可指定是否要执行初始化块。  
（3）通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载，不会执行初始化块

**3、双亲委派原则**

他的工作流程是： **当一个类加载器收到类加载任务，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务**。

采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。  
双亲委派原则归纳一下就是：

**1）沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改  
2）避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次，保证被加载类的唯一性**

**4、自定义类加载器**

自定义类加载器的两种方式：

（1）遵守双亲委派模型：继承ClassLoader，重写findClass()方法。  
（2）破坏双亲委派模型：继承ClassLoader，重写loadClass()方法。 通常我们推荐采用第一种方法自定义类加载器，最大程度上的遵守双亲委派模型。

参考文章：  
https://www.cnblogs.com/luohanguo/p/9469851.html  
https://www.jianshu.com/p/202f6abb229c

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200615151705477.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200522181934250.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200522181957285.jpg?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppa2UxMTIzMQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70