java 类加载过程

1. 为什么使用类加载器.
类加载时在运行期完成的,所以类加载的时候,会增加性能开销,但是会提高java的灵活度. eg.面向接
口的应用程序,等到运行的时候在指定实现类.

2.类加载过程

  2.1 类加载定义
jvm把编译后的.Class字节码文件加载到内存中,对数据进行校验--验证解析--初始化形成可以被虚拟
机可以直接使用的java类型的过程,就是虚拟机的类加载机制.

  2.2 类加载过程
类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,生命周期包括:加载,验证,准备,解析,初始化,使
用,卸载这几个阶段.
其中加载(装载),验证,准备,初始化和卸载这5个阶段的顺序是固定的,但是解析阶段却是不一定的,在
某些情况下会在初始化之后在解析,(这是由于运行时动态绑定的特性,在调用接口的时候,只有在运行时
才知道具体的实现类).

1. 加载阶段,加载阶段也叫作装载阶段,主要完成以下工作.
  1.1   通过全类名获取定义此类的二进制字节流
  1.2   将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
  1.3   在堆中生成一个代表该类的Class对象,作为方法区这些数据的访问入口
说明:在整个类加载的过程中(具体是获取类二进制字节流的阶段),加载阶段是可控性最强的阶段,是因
为加载阶段可以使用系统通过的类加载器来完成,也可以使用用户自定义的类加载器来完成,开发人员可
通过类加载器控制字节流的获取方式.

2. 验证阶段,这个阶段主要是确保class文件中的字节流符合当前虚拟机的要求,不危害虚拟机.主要包
括以下几个过程:
  2.1   文件格式验证, 验证class文件的格式规范. eg.class文件是不是已魔数开头,版本号等.
  2.2   元数据验证,这个阶段是对字节码描述信息进行语义分析,保证信息符合java的语言规范要求. 
eg.该类是不是有Object的父类,是不是继承了final的父类,是否实现了接口中的方法等等
  2.3   字节码校验,这个阶段主要是对类中的方法体进行验证,保证该类中的方法在运行时不会发生危
害虚拟机行为. eg,父类可以指向子类,但是不能子类指向父类,保证跳转指令不会跳到方法体以外的地方.
  2.4   符号引用验证,这个阶段主要通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类,以及方法字段的
访问控制,(private、protected、public、default)是否能被访问.

3. 准备阶段.这个阶段是正式为变量分配内存并且设置变量初始值的阶段,这些内存都在方法区进行分配.
这块有需要注意的地方:此时的内存分配仅仅包括static变量,而不包括实例变量(实例变量会随着对象
的创建在java堆中分配),这时候的初始值一般情况下都是0.或者false,例如,有变量public static 
int value = 100;那value在准备阶段之后的值是0而不是100,把value赋值为100是在之后的初始化
阶段.当然这个也不是绝对的,例如常量 public static final int value = 100,因为此时value
是常量,虚拟机在准备阶段的时候就会设置为100.

4. 解析阶段,将常量池中的符号引用转换为直接用的过程.
  1.符号引用:符号引用是一组符号来描述所引用的目标对象,符号可以是任何形式的字面量,只要使用
时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关,引用的目标对象并不一定已经
加载到内存中。
  2.直接引用:直接引用可以是直接指向目标对象的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。
直接引用是与虚拟机内存布局实现相关的,同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一
般不会相同,如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在。

5.初始化阶段,类的初始化是类加载的最后一步,该过程是根据程序员主观意志去初始化变量.初始化阶
段是执行类构造器<clinit>() 方法的过程.<clinit>方法在以下情况下被执行:
  1.当遇到new,getstatic,putstatic或者invokestatic这四条字节码指令的时候,如果该类没有进行
初始化,则需要先初始化.这四条指令对应的是实例化对象,获取一个静态变量,设置一个静态变量(常量
放在常量池中,不会触发),或者调用静态方法的时候.
  2.当时候反射包的方法对类进行反射调用的时候
  3.当初始化一个类的时候,发现该类的父类还没有进行初始化,则初始其父类
  4.当jvm启动的时候,当用户指定执行一个主类(就是包含main的那个类),虚拟机会先初始化这个类.

说明:1.类构造器<clinit>方法是由编译器自动收集所有类变量(static)
的赋值动作和静态语句块(static块)中的语句合并产生的,收集的顺序是由语句在源文件出现的顺序决
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,定义在他之后的变量不能访问.
  2.类构造器<clinit>方法与类的构造函数(实例构造函数是<init>)不同,他不需要显式调用父类的<clinit>
方法,虚拟机会保证在调用子类的<clinit>方法之前父类该方法已经被调用.
  3.<clinit>方法对于类或者接口来说,并不必须的,如果一个类没有静态语句,也没有静态变量,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,并且在执行接口的<clinit>方法
的时候,不需要先执行父类的该方法,值有被定义的变量被使用的时候,才会初始化.接口的实现类在初始
化的时候也不会初始化该接口的<clinit>方法.
  4.虚拟机会保证一个类的<clinit>方法在多线程的环境下被正确的加锁和同步,如果多个线程同时去初
始化一个类,那么只有一个线程执行这个类的<clinit>方法,其他线程都需要阻塞等待.

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