1. 類加載機(jī)制

所謂類加載機(jī)制就是JVM虛擬機(jī)把Class文件加載到內(nèi)存，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，轉(zhuǎn)換解析和初始化，形成虛擬機(jī)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(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對(duì)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(duì)象，Class對(duì)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(gè)類被“首次主動(dòng)使用”時(shí)再加載它，JVM規(guī)范允許類加載器在預(yù)料某個(gè)類將要被使用時(shí)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(cuò)誤，類加載器必須在程序首次主動(dòng)使用該類時(shí)才報(bào)告錯(cuò)誤（LinkageError錯(cuò)誤）如果這個(gè)類一直沒有被程序主動(dòng)使用，那么類加載器就不會(huì)報(bào)告錯(cuò)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(dòng)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(yàn)證（Validate）、準(zhǔn)備（Prepare）、解析（Resolve）三個(gè)階段

驗(yàn)證（Validate）

保證被加載類的正確性。其主要包括四種驗(yàn)證，文件格式驗(yàn)證，元數(shù)據(jù)驗(yàn)證，字節(jié)碼驗(yàn)證，符號(hào)引用驗(yàn)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(duì)于該階段有以下幾點(diǎn)需要注意

這時(shí)候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量（static），而不包括實(shí)例變量，實(shí)例變量會(huì)在對(duì)象實(shí)例化時(shí)隨著對(duì)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(gè)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?yàn)檫@時(shí)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(dòng)作將在初始化階段才會(huì)執(zhí)行。

這里還需要注意以下幾點(diǎn)

對(duì)基本數(shù)據(jù)類型來說，對(duì)于類變量（static）和全局變量，如果不顯式地對(duì)其賦值而直接使用，則系統(tǒng)會(huì)為其賦予默認(rèn)的零值，而對(duì)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(shí)不通過。

對(duì)于同時(shí)被static和final修飾的常量，必須在聲明的時(shí)候就為其顯式地賦值，否則編譯時(shí)不通過；而只被final修飾的常量則既可以在聲明時(shí)顯式地為其賦值，也可以在類初始化時(shí)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(huì)為其賦予默認(rèn)零值。

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

如果在數(shù)組初始化時(shí)沒有對(duì)數(shù)組中的各元素賦值，那么其中的元素將根據(jù)對(duì)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(shí)被final和static修飾，那么在準(zhǔn)備階段變量value就會(huì)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(shí)Javac將會(huì)為value生成ConstantValue屬性，在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)就會(huì)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(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。符號(hào)引用就是一組符號(hào)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(duì)偏移量或一個(gè)間接定位到目標(biāo)的句柄。

2.3 初始化

對(duì)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(diǎn)矛盾，其實(shí)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(jìn)行鏈接的驗(yàn)證這一步驟，驗(yàn)證通過后準(zhǔn)備階段，給a分配內(nèi)存，因?yàn)樽兞縜是static的，所以此時(shí)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(shí)，才把a(bǔ)的真正的值10賦給a,此時(shí)a=10。

JVM負(fù)責(zé)對(duì)類進(jìn)行初始化，主要對(duì)類變量進(jìn)行初始化。在Java中對(duì)類變量進(jìn)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(gè)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(huì)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(gè)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(shí)機(jī)：只有當(dāng)對(duì)類的主動(dòng)使用的時(shí)候才會(huì)導(dǎo)致類的初始化，類的主動(dòng)使用包括以下六種：

– 創(chuàng)建類的實(shí)例，也就是new的方式

– 訪問某個(gè)類或接口的靜態(tài)變量，或者對(duì)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(gè)類的子類，則其父類也會(huì)被初始化

– Java虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)被標(biāo)明為啟動(dòng)類的類（Java Test），直接使用java.exe命令來運(yùn)行某個(gè)主類

3. clinit方法

類初始化方法clinit：JVM通過Classload進(jìn)行類型加載時(shí)，如果在加載時(shí)需要進(jìn)行類的初始化操作時(shí)，則會(huì)調(diào)用類型、的初始化方法。 clinit方法是由編譯器自動(dòng)收集類中的所有類變量的賦值動(dòng)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(duì)于類或接口來說并不是必須的，如果一個(gè)類中沒有靜態(tài)語句塊，也沒有對(duì)類變量的賦值操作，那么編譯器可以不為這個(gè)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(huì)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(shí)，父接口才會(huì)被初始化。另外，接口的實(shí)現(xiàn)類在初始化時(shí)也一樣不會(huì)執(zhí)行接口的clinit方法。

虛擬機(jī)會(huì)保證一個(gè)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(gè)線程同時(shí)去初始化一個(gè)類，那么只會(huì)有一個(gè)線程去執(zhí)行這個(gè)類的clinit方法，其他線程都需要阻塞等待，直到活動(dòng)線程執(zhí)行clinit方法完畢。如果在一個(gè)類的clinit方法中有耗時(shí)很長(zhǎng)的操作，那就可能造成多個(gè)線程阻塞，在實(shí)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(duì)象實(shí)例化方法init。

對(duì)象實(shí)例化方法init：Java對(duì)象在被創(chuàng)建時(shí)，會(huì)進(jìn)行實(shí)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(huì)首先對(duì)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(shí)機(jī)不同

init是對(duì)象構(gòu)造器方法，也就是說在程序執(zhí)行new 一個(gè)對(duì)象調(diào)用該對(duì)象類的 constructor 方法時(shí)才會(huì)執(zhí)行init方法，而clinit是類構(gòu)造器方法，也就是在jvm進(jìn)行類加載—–驗(yàn)證—-解析—–初始化，中的初始化階段jvm會(huì)調(diào)用clinit方法。

init和clinit方法執(zhí)行目的不同

init是instance實(shí)例構(gòu)造器，對(duì)非靜態(tài)變量解析初始化，而clinit是class類構(gòu)造器對(duì)靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊進(jìn)行初始化

clinit 和init方法的數(shù)量不同

編譯器最多只為一個(gè)類生成一個(gè)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(gè)構(gòu)造函數(shù)就對(duì)應(yīng)一個(gè)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(gè)java.lang.Class實(shí)例對(duì)象。一旦一個(gè)類被加載如JVM中，同一個(gè)類就不會(huì)被再次載入了。正如一個(gè)對(duì)象有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)一樣，一個(gè)載入JVM的類也有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)。在Java中，一個(gè)類用其全限定類名（包括包名和類名）作為標(biāo)識(shí)；但在JVM中，一個(gè)類用其全限定類名和其類加載器作為其唯一標(biāo)識(shí)。例如，如果在pg的包中有一個(gè)名為Person的類，被類加載器ClassLoader的實(shí)例kl負(fù)責(zé)加載，則該P(yáng)erson類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象在JVM中表示為(Person.pg.kl)。這意味著兩個(gè)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(gè) JVM啟動(dòng)的時(shí)候，Java開始使用如下三種類加載器：

啟動(dòng)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(jī)識(shí)別的類庫（如rt.jar，所有的java.*開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載）。啟動(dòng)類加載器是由C++實(shí)現(xiàn)的，沒有對(duì)應(yīng)的Java對(duì)象，因此在Java中只能用null代替。

擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載java平臺(tái)中擴(kuò)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(kuò)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(gè)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(huì)根據(jù)j2ee規(guī)范自行實(shí)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(shí)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(gè)強(qiáng)制性的約束模型，而是Java設(shè)計(jì)者們推薦給開發(fā)者的一種類的加載器實(shí)現(xiàn)方式。

雙親委派模型的工作流程是：如果一個(gè)類加載器收到了類加載的請(qǐng)求，它首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把請(qǐng)求委托給父加載器去完成，依次向上，因此，所有的類加載請(qǐng)求最終都應(yīng)該被傳遞到頂層的啟動(dòng)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(shí)，即無法完成該加載，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載該類。

雙親委派機(jī)制的優(yōu)勢(shì)：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(jí)的層次關(guān)系，通過這種層級(jí)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(shí)，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(huì)被隨意替換，假設(shè)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞一個(gè)名為java.lang.Integer的類，通過雙親委托模式傳遞到啟動(dòng)類加載器，而啟動(dòng)類加載器在核心Java API發(fā)現(xiàn)這個(gè)名字的類，發(fā)現(xiàn)該類已被加載，并不會(huì)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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