一、類的生命周期

類是在運行期間第一次使用時動態(tài)加載的，而不是一次性加載所有類。因為如果一次性加載，那么會占用很多的內(nèi)存。

包括以下 7 個階段：

• 加載（Loading）
• 驗證（Verification）
• 準備（Preparation）
• 解析（Resolution）
• 初始化（Initialization）
• 使用（Using）
• 卸載（Unloading）

二、類的加載過程

包含了加載、驗證、準備、解析和初始化這 5 個階段。

加載

加載過程完成以下三件事：

• 通過類的完全限定名稱獲取定義該類的二進制字節(jié)流。
• 將該字節(jié)流表示的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為方法區(qū)的運行時存儲結(jié)構(gòu)。
• 在內(nèi)存中生成一個代表該類的 Class 對象，作為方法區(qū)中該類各種數(shù)據(jù)的訪問入口。

其中二進制字節(jié)流可以從以下方式中獲?。?/p>

• 從 ZIP 包讀取，成為 JAR、EAR、WAR 格式的基礎(chǔ)。
• 從網(wǎng)絡(luò)中獲取，最典型的應(yīng)用是 Applet。
• 運行時計算生成，例如動態(tài)代理技術(shù)，在 java.lang.reflect.Proxy 使用 ProxyGenerator.generateProxyClass 的代理類的二進制字節(jié)流。
• 由其他文件生成，例如由 JSP 文件生成對應(yīng)的 Class 類。

驗證

JVM 會在該階段對二進制字節(jié)流進行校驗，只有符合 JVM 字節(jié)碼規(guī)范的才能被 JVM 正確執(zhí)行。該階段是保證 JVM 安全的重要屏障，下面是一些主要的檢查。

• 確保二進制字節(jié)流格式符合預(yù)期（比如說是否以 cafe bene 開頭）。
• 是否所有方法都遵守訪問控制關(guān)鍵字的限定。
• 方法調(diào)用的參數(shù)個數(shù)和類型是否正確。
• 確保變量在使用之前被正確初始化了。
• 檢查變量是否被賦予恰當類型的值。

準備

JVM 會在該階段對類變量（也稱為靜態(tài)變量，static 關(guān)鍵字修飾的）分配內(nèi)存并初始化（對應(yīng)數(shù)據(jù)類型的默認初始值，如 0、0L、null、false 等）。

此時不會分配實例變量的內(nèi)存，因為實例變量是在實例化對象時一起創(chuàng)建在Java 堆中的。而且此時類變量是賦值為零值，即 int 類型的零值為 0，引用類型零值為 null，而不是代碼中顯示賦值的數(shù)值。

解析

該階段將常量池中的符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用。

在 class 文件中常量池里面存放了字面量和符號引用，符號引用包括類和接口的全限定名以及字段和方法的名稱與描述符。

在 JVM 動態(tài)鏈接的時候需要根據(jù)這些符號引用來轉(zhuǎn)換為直接引用存放內(nèi)存使用。

初始化

該階段是類加載過程的最后一步。在準備階段，類變量已經(jīng)被賦過默認初始值，而在初始化階段，類變量將被賦值為代碼期望賦的值。換句話說，初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器方法的過程。

三、類加載時機

• new、getstatic、putstatic、invokestatic 這 4 個字節(jié)碼指令時對類進行初始化（即：實例化對象、讀寫靜態(tài)對象、調(diào)用靜態(tài)方法時，進行類的初始化）；
• 使用反射機制對類進行調(diào)用時，進行類的初始化；
• 初始化一個類，其父類沒有初始化時，先初始化其父類；
• 虛擬機啟動時，初始化一個執(zhí)行主類；
• 使用 JDK1.7 的動態(tài)語言支持時，如果 MethodHandle 實例的解析結(jié)果為 REF_getstatic、REF_putstatic、REF_invokestatic 的方法句柄（即：讀寫靜態(tài)對象或者調(diào)用靜態(tài)方法），則初始化該句柄對應(yīng)類。

四、類加載器分類

講到類加載不得不講到類加載的順序和類加載器。

Java 中大概有四種類加載器，分別是：啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader），擴展類加載器（Extension ClassLoader），系統(tǒng)類加載器（System ClassLoader），自定義類加載器（Custom ClassLoader），依次屬于繼承關(guān)系（注意這里的繼承不是 Java 類里面的 extends）

• 啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：主要負責加載存放在Java_Home/jre/lib下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑下的，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），啟動類加載器是無法被Java程序直接引用的。
• 擴展類加載器（Extension ClassLoader）：主要負責加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現(xiàn)，它負責加載Java_Home/jre/lib/ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴展類加載器。
• 系統(tǒng)類加載器（System ClassLoader）：主要負責加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實現(xiàn)，它負責加載用戶類路徑（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的類加載器。
• 自定義類加載器（Custom ClassLoader：自己開發(fā)的類加載器。

五、雙親委派原則

類加載器在加載 class 文件的時候，遵從雙親委派原則，意思是加載依次由父加載器先執(zhí)行加載動作，只有當父加載器沒有加載到 class 文件時才由子類加載器進行加載。這種機制很好的保證了 Java API 的安全性，使得 JDK 的代碼不會被篡改。

六、Java字節(jié)碼文件中的JVM指令

1、創(chuàng)建一個 Java 源文件 Test02.java，并在 main 方法中完成簡單的邏輯操作，如下所示。

public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 5;
        int j = 10;
        int k = i + j;
        System.out.println(k);
    }
}

2、在終端通過 javac 命令編譯 HelloWorld.java。

javac Test02.java

3、反編譯成我們能看懂的 JVM 指令，這里我們使用 javap -c 命令完成。

javap -c Test02.class

4、反編譯之后的 JVM 指令如下所示。

    Compiled from "Test02.java"
    public class org.example.jvm.Test02 {
     public org.example.jvm.Test02();
        Code:
           0: aload_0
           1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
           4: return
      public static void main(java.lang.String[]);
         Code:
           0: iconst_5
           1: istore_1
           2: bipush        10
           4: istore_2
           5: iload_1
           6: iload_2
           7: iadd
           8: istore_3
           9: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
          12: iload_3
          13: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
          16: return
    }

解釋一下上述的 JVM 指令：

第 1 行表示當前的字節(jié)碼文件編譯自 Test02.java。

第 3 行表示調(diào)用 Test02的無參構(gòu)造函數(shù)來實例化當前對象。

第 4 行到第 7 行表示無參構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行流程。

第 5 行表示把 this 壓入操作數(shù)棧中。

第 6 行表示調(diào)用 Test02父類 Object 的無參構(gòu)造，我們知道每個對象在實例化的時候都會默認先實例化其父類對象，并且默認調(diào)用父類的無參構(gòu)造。

第 7 行 return 表示構(gòu)造方法執(zhí)行完畢。

第 10 行到第 22 行表示 main 方法的執(zhí)行流程。

第 11 行表示將常量 5 壓入操作數(shù)棧。

第 12 行表示取出操作數(shù)棧棧頂元素，即 5，然后保存到局部變量表第 1 個位置，即變量 i。

第 13 行表示將常量 10 壓入操作數(shù)棧。

第 14 行表示取出操作數(shù)棧棧頂元素，即 10，然后保存到局部變量表第 2 個位置，即變量 j。

第 15 行表示將局部變量表第 1 個變量（i）壓入操作數(shù)棧。

第 16 行表示將局部變量表第 2 個變量（j）壓入操作數(shù)棧。

第 17 行表示取出操作數(shù)棧中的前兩個值相加，并將結(jié)果壓入操作數(shù)棧頂。

第 18 行表示取出操作數(shù)棧棧頂元素，保存到局部變量表第 3 個位置，即變量 k。

第 19 行表示讀取靜態(tài)實例 PrintStream。

第 20 行表示將局部變量表第 3 個變量（k）壓入操作數(shù)棧。

第 21 行表示調(diào)用 PrintStream 的 println 方法，將操作數(shù)棧頂元素（變量 k）輸出。

第 22 行 return 表示 main 方法執(zhí)行完畢。

到此這篇關(guān)于JVM虛擬機的類加載機制詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM類加載機制內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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