JVM系列十二（类加载机制）.

一、类加载机制

虚拟机把描述类的数据从 class 文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 java 类型，这就是虚拟机的类加载机制。

类的整个生命周期包括了：加载（loading）、验证（verification）、准备（preparation）、解析（resolution）、初始化（initialization）、使用（using）和卸载（unloading）七个阶段，其中验证、准备和解析阶段三个部分统称为连接（linking）。

类的生命周期中，加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是固定的，解析阶段在某些情况下可以在初始化阶段后再开始。

虚拟机规范中严格规定了有且只有四种情况开始类的初始化阶段（而加载、验证、准备阶段自然需要在此之前开始）：

• 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时；
• 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候；
• 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化；对于接口则没有这个要求，只有在真正使用到父类接口的时候才会初始化。
• 当虚拟机启动的时候，虚拟机会优先初始化要执行的主类。

二、类加载过程

1. 加载

加载阶段是开发期可控性最强的阶段，因为加载阶段不仅可以使用系统提供的类加载器来完成，也可以使用用户自定义的类加载器来完成。

虚拟机可以从多个路径来完成加载过程，比如 zip 包（jar、war等）、applet、java.lang.reflect.proxy、文件（jsp 等）...

在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

• 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
• 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
• 在 java 堆中生成一个代表这个类的 java.lang.class 对象，作为方法区这些数据的访问入口。

2. 验证

验证阶段的目的是为了确保 class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。比如验证是否符合 class 文件格式的规范、验证代码语义是否符合 java 语言的规范等。

3. 准备

准备阶段是正式为类变量（被 static 修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值（数据类型的零值）的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。注意这里不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化的时随着对象一起分配在 java 堆中。

4. 解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，解析动作主要针对类或接口、字段、类方法和接口方法四类符号引用进行。

符号引用以一组符号来描述所引用的目标，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。比如 class 文件中的 constant_class_info、constant_fieldref_info、constant_methodref_info 等类型的常量。

直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。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

初始化阶段才真正开始执行类中定义的 java 代码，该阶段根据程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。

初始化阶段就是执行 <clinit>() 方法的过程，<clinit>() 方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{} 块）中的语句合并产生的。

• <clinit>() 不需要显示的调用父类的 <clinit>() 方法，虚拟机会保证在子类的 <clinit>() 方法执行之前，父类的 <clinit>() 方法已经执行完毕，因此虚拟机第一个执行 <clinit>() 方法的类一定时 java.lang.object。
• <clinit>() 方法对于类或接口来说并不是必须的，如果没有类变量的赋值动作和静态语句块（static{} 块），则不会生成 <clinit>() 方法。
• 接口的 <clinit>() 方法不需要先执行父接口的 <clinit>() 方法，只有当父接口定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。
• 虚拟机会保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程环境中被正确地加锁和同步。