1. 類加載機制

所謂類加載機制就是JVM虛擬機把Class文件加載到內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)進行校驗，轉(zhuǎn)換解析和初始化，形成虛擬機可以直接使用的Jav類型，即Java.lang.Class。

2. 類加載的過程

類加載的過程主要有裝載（Load）、鏈接（Link）、初始化（Initialize）

2.1 裝載（Load）

類的加載指的是將類的.class文件中的二進制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。類的加載的最終產(chǎn)品是位于堆區(qū)中的Class對象，Class對象封裝了類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且向Java程序員提供了訪問方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。

類加載器并不需要等到某個類被“首次主動使用”時再加載它，JVM規(guī)范允許類加載器在預(yù)料某個類將要被使用時就預(yù)先加載它，如果在預(yù)先加載的過程中遇到了.class文件缺失或存在錯誤，類加載器必須在程序首次主動使用該類時才報告錯誤（LinkageError錯誤）如果這個類一直沒有被程序主動使用，那么類加載器就不會報告錯誤。

加載.class文件的方式

• 從本地系統(tǒng)中直接加載
• 通過網(wǎng)絡(luò)下載.class文件
• 從zip，jar等歸檔文件中加載.class文件
• 從專有數(shù)據(jù)庫中提取.class文件
• 將Java源文件動態(tài)編譯為.class文件

2.2 鏈接（Link）

鏈接這一過程又可以分為驗證（Validate）、準(zhǔn)備（Prepare）、解析（Resolve）三個階段

驗證（Validate）

保證被加載類的正確性。其主要包括四種驗證，文件格式驗證，元數(shù)據(jù)驗證，字節(jié)碼驗證，符號引用驗證。

準(zhǔn)備（Prepare）

為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值

準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配。對于該階段有以下幾點需要注意

這時候進行內(nèi)存分配的僅包括類變量（static），而不包括實例變量，實例變量會在對象實例化時隨著對象一塊分配在Java堆中。

這里所設(shè)置的初始值通常情況下是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值。

假設(shè)一個類變量的定義為：public static int value = 3；

那么變量value在準(zhǔn)備階段過后的初始值為0，而不是3，因為這時候尚未開始執(zhí)行任何Java方法，而把value賦值為3的putstatic指令是在程序編譯后，存放于類構(gòu)造器（）方法之中的，所以把value賦值為3的動作將在初始化階段才會執(zhí)行。

這里還需要注意以下幾點

對基本數(shù)據(jù)類型來說，對于類變量（static）和全局變量，如果不顯式地對其賦值而直接使用，則系統(tǒng)會為其賦予默認(rèn)的零值，而對于局部變量來說，在使用前必須顯式地為其賦值，否則編譯時不通過。

對于同時被static和final修飾的常量，必須在聲明的時候就為其顯式地賦值，否則編譯時不通過；而只被final修飾的常量則既可以在聲明時顯式地為其賦值，也可以在類初始化時顯式地為其賦值，總之，在使用前必須為其顯式地賦值，系統(tǒng)不會為其賦予默認(rèn)零值。

對于引用數(shù)據(jù)類型reference來說，如數(shù)組引用、對象引用等，如果沒有對其進行顯式地賦值而直接使用，系統(tǒng)都會為其賦予默認(rèn)的零值，即null。

如果在數(shù)組初始化時沒有對數(shù)組中的各元素賦值，那么其中的元素將根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型而被賦予默認(rèn)的零值

如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性，即同時被final和static修飾，那么在準(zhǔn)備階段變量value就會被初始化為ConstValue屬性所指定的值。假設(shè)上面的類變量value被定義為： public static final int value = 3；，編譯時Javac將會為value生成ConstantValue屬性，在準(zhǔn)備階段虛擬機就會根據(jù)ConstantValue的設(shè)置將value賦值為3。我們可以理解為static final常量在編譯期就將其結(jié)果放入了調(diào)用它的類的常量池中

解析（Resolve）

解析階段是虛擬機將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程。符號引用就是一組符號來描述目標(biāo)，可以是任何字面量。直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標(biāo)的句柄。

2.3 初始化

對類的靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊執(zhí)行初始化操作。準(zhǔn)備階段和初始化階段看似有點矛盾，其實是不矛盾的，如果類中有語句：private static int a = 10，它的執(zhí)行過程是這樣的，首先字節(jié)碼文件被加載到內(nèi)存后，先進行鏈接的驗證這一步驟，驗證通過后準(zhǔn)備階段，給a分配內(nèi)存，因為變量a是static的，所以此時a等于int類型的默認(rèn)初始值0，即a=0,然后到解析，到初始化這一步驟時，才把a的真正的值10賦給a,此時a=10。

JVM負(fù)責(zé)對類進行初始化，主要對類變量進行初始化。在Java中對類變量進行初始值設(shè)定有兩種方式：

聲明類變量是指定初始值，也就是直接給類別量一個值

使用靜態(tài)代碼塊為類變量指定初始值

初始化，主要是執(zhí)行類的類構(gòu)造器< clinit>()方法，JVM會將類中的靜態(tài)代碼塊和靜態(tài)變量的賦值語句放在該方法里面。

JVM初始化步驟

1、假如這個類還沒有被加載和鏈接，則程序先加載并鏈接該類

2、假如該類的直接父類還沒有被初始化，則先初始化其直接父類

3、假如類中有初始化語句，則系統(tǒng)依次執(zhí)行這些初始化語句

類初始化時機：只有當(dāng)對類的主動使用的時候才會導(dǎo)致類的初始化，類的主動使用包括以下六種：

– 創(chuàng)建類的實例，也就是new的方式

– 訪問某個類或接口的靜態(tài)變量，或者對該靜態(tài)變量賦值

– 調(diào)用類的靜態(tài)方法

– 反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）

– 初始化某個類的子類，則其父類也會被初始化

– Java虛擬機啟動時被標(biāo)明為啟動類的類（Java Test），直接使用java.exe命令來運行某個主類

3. clinit方法

類初始化方法clinit：JVM通過Classload進行類型加載時，如果在加載時需要進行類的初始化操作時，則會調(diào)用類型、的初始化方法。 clinit方法是由編譯器自動收集類中的所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊中的語句合并產(chǎn)生的，編譯器收集的順序是由語句在源文件中出現(xiàn)的順序所決定的，靜態(tài)語句塊中只能訪問到定義在靜態(tài)語句塊之前的變量，定義在它之后的變量，在前面的靜態(tài)語句中可以賦值，但是不能訪問。

clinit方法對于類或接口來說并不是必須的，如果一個類中沒有靜態(tài)語句塊，也沒有對類變量的賦值操作，那么編譯器可以不為這個類生成clinit方法。

接口中不能使用靜態(tài)語句塊，但仍然有類變量（final static）初始化的賦值操作，因此接口與類一樣會生成clinit方法。但是接口魚類不同的是：執(zhí)行接口的clinit方法不需要先執(zhí)行父接口的clinit方法，只有當(dāng)父接口中定義的變量被使用時，父接口才會被初始化。另外，接口的實現(xiàn)類在初始化時也一樣不會執(zhí)行接口的clinit方法。

虛擬機會保證一個類的clinit方法在多線程環(huán)境中被正確地加鎖和同步，如果多個線程同時去初始化一個類，那么只會有一個線程去執(zhí)行這個類的clinit方法，其他線程都需要阻塞等待，直到活動線程執(zhí)行clinit方法完畢。如果在一個類的clinit方法中有耗時很長的操作，那就可能造成多個線程阻塞，在實際應(yīng)用中這種阻塞往往是很隱蔽的。

說到 clinit方法，就不得不說一下對象實例化方法init。

對象實例化方法init：Java對象在被創(chuàng)建時，會進行實例化操作，給成員變量賦值。該部分操作封裝在init方法中，并且子類的init方法中會首先對父類init方法的調(diào)用。

clinit 方法和init 方法的區(qū)別

init和clinit方法執(zhí)行時機不同

init是對象構(gòu)造器方法，也就是說在程序執(zhí)行new 一個對象調(diào)用該對象類的 constructor 方法時才會執(zhí)行init方法，而clinit是類構(gòu)造器方法，也就是在jvm進行類加載—–驗證—-解析—–初始化，中的初始化階段jvm會調(diào)用clinit方法。

init和clinit方法執(zhí)行目的不同

init是instance實例構(gòu)造器，對非靜態(tài)變量解析初始化，而clinit是class類構(gòu)造器對靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊進行初始化

clinit 和init方法的數(shù)量不同

編譯器最多只為一個類生成一個clinit方法，如果類中沒有靜態(tài)成員或者代碼塊的話，就不有clint方法。而init方法，類中一個構(gòu)造函數(shù)就對應(yīng)一個init方法

4. 類加載器

類加載器負(fù)責(zé)加載所有的類，其為所有被載入內(nèi)存中的類生成一個java.lang.Class實例對象。一旦一個類被加載如JVM中，同一個類就不會被再次載入了。正如一個對象有一個唯一的標(biāo)識一樣，一個載入JVM的類也有一個唯一的標(biāo)識。在Java中，一個類用其全限定類名（包括包名和類名）作為標(biāo)識；但在JVM中，一個類用其全限定類名和其類加載器作為其唯一標(biāo)識。例如，如果在pg的包中有一個名為Person的類，被類加載器ClassLoader的實例kl負(fù)責(zé)加載，則該Person類對應(yīng)的Class對象在JVM中表示為(Person.pg.kl)。這意味著兩個類加載器加載的同名類：（Person.pg.kl）和（Person.pg.kl2）是不同的、它們所加載的類也是完全不同、互不兼容的。

JVM預(yù)定義有三種類加載器，當(dāng)一個 JVM啟動的時候，Java開始使用如下三種類加載器：

啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載存放在JDKjrelib(JDK代表JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機識別的類庫（如rt.jar，所有的java.*開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載）。啟動類加載器是由C++實現(xiàn)的，沒有對應(yīng)的Java對象，因此在Java中只能用null代替。

擴展類加載器（Extension ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載java平臺中擴展功能的一些jar包，包括JDK/jre/lib/*.jar 或 -Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包。，開發(fā)者可以直接使用擴展類加載器。

應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發(fā)者可以直接使用該類加載器，如果應(yīng)用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認(rèn)的類加載器。

自定義類加載器 Custom ClassLoader： 通過繼承java.lang.ClassLoader根據(jù)自身需要自定義ClassLoader，如tomcat、jboss都會根據(jù)j2ee規(guī)范自行實現(xiàn)ClassLoader。

5. 雙親委派模型

幾種類加載器的層次關(guān)系如下圖所示

這種層次關(guān)系稱為類加載器的雙親委派模型。我們把每一層上面的類加載器叫做當(dāng)前層類加載器的父加載器，當(dāng)然，它們之間的父子關(guān)系并不是通過繼承關(guān)系來實現(xiàn)的，而是使用組合關(guān)系來復(fù)用父加載器中的代碼。該模型在JDK1.2期間被引入并廣泛應(yīng)用于之后幾乎所有的Java程序中，但它并不是一個強制性的約束模型，而是Java設(shè)計者們推薦給開發(fā)者的一種類的加載器實現(xiàn)方式。

雙親委派模型的工作流程是：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把請求委托給父加載器去完成，依次向上，因此，所有的類加載請求最終都應(yīng)該被傳遞到頂層的啟動類加載器中，只有當(dāng)父加載器在它的搜索范圍中沒有找到所需的類時，即無法完成該加載，子加載器才會嘗試自己去加載該類。

雙親委派機制的優(yōu)勢：采用雙親委派模式的是好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級的層次關(guān)系，通過這種層級關(guān)可以避免類的重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類時，就沒有必要子ClassLoader再加載一次。其次是考慮到安全因素，java核心api中定義類型不會被隨意替換，假設(shè)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞一個名為java.lang.Integer的類，通過雙親委托模式傳遞到啟動類加載器，而啟動類加載器在核心Java API發(fā)現(xiàn)這個名字的類，發(fā)現(xiàn)該類已被加載，并不會重新加載網(wǎng)絡(luò)傳遞的過來的java.lang.Integer，而直接返回已加載過的Integer.class，這樣便可以防止核心API庫被隨意篡改。

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