[轉(zhuǎn)]Java類加載機(jī)制及類加載機(jī)制詳解
一 類加載機(jī)制
1.定義：
把描述類的數(shù)據(jù)從Class文件加載到內(nèi)存刻肄，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換解析和初始化雅潭，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的Java類型亮元。
在Java語言里跳芳，類型的加載洲脂、連接和初始化過程都是在程序運(yùn)行期間完成的，這種策略雖然會令類加載時(shí)稍微增加一些性能開銷励饵，但是會為Java應(yīng)用程序提供高度的靈活性，Java里天生可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的語言特性就是依賴運(yùn)行期動(dòng)態(tài)加載和動(dòng)態(tài)連接這個(gè)特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的滑燃。
2.類的生命周期：
加載役听，驗(yàn)證，準(zhǔn)備表窘，解析典予，初始化，使用和卸載乐严。其中驗(yàn)證瘤袖，準(zhǔn)備，解析3個(gè)部分統(tǒng)稱為連接昂验。
這7個(gè)階段發(fā)生順序如下圖：
加載捂敌，驗(yàn)證，準(zhǔn)備既琴，初始化占婉，卸載這5個(gè)階段的順序是確定的，而解析階段則不一定：它在某些情況下可以在初始化完成后在開始甫恩，這是為了支持Java語言的運(yùn)行時(shí)綁定逆济。
其中加載，驗(yàn)證磺箕，準(zhǔn)備奖慌，解析及初始化是屬于類加載機(jī)制中的步驟。注意此處的加載不等同于類加載松靡。
3.觸發(fā)類加載的條件：
①.遇到new,getstatic,putstatic或invokestatic這4條字節(jié)碼指令時(shí)简僧，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)初始化击困。生成這4條指令的最常見的Java代碼場景是：使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對象的時(shí)候涎劈，讀取或設(shè)置一個(gè)類的靜態(tài)字段的時(shí)候（被final修飾橡类，已在編譯期把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外），以及調(diào)用一個(gè)類的靜態(tài)方法的時(shí)候党觅。
②.使用java.lang.reflect包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候萝玷。
③.當(dāng)初始化一個(gè)類的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化蹦浦，則需要先出發(fā)父類的初始化扭吁。
④.當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶需要指定一個(gè)要執(zhí)行的主類（包含main()方法的那個(gè)類）盲镶，虛擬機(jī)會先初始化這個(gè)主類侥袜。
⑤.當(dāng)使用JDK1.7的動(dòng)態(tài)語言支持時(shí)，如果一個(gè)java.lang.invoke.MethodHandle實(shí)例最后的解析結(jié)果REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic的方法句柄溉贿，并且這個(gè)方法句柄所對應(yīng)的類沒有進(jìn)行初始化枫吧，則需要先出發(fā)初始化。
4.類加載的具體過程：
加載:
①.通過一個(gè)類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流
②.將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為方法區(qū)內(nèi)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
③.在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對象宇色，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口九杂。
驗(yàn)證：
是連接階段的第一步，目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求宣蠕，并且不會危害虛擬機(jī)自身的安全例隆。
包含四個(gè)階段的校驗(yàn)動(dòng)作
a.文件格式驗(yàn)證
驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范，并且能被當(dāng)前版本的虛擬機(jī)處理抢蚀。
b.元數(shù)據(jù)驗(yàn)證
對類的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行語義校驗(yàn)镀层，是否不存在不符合Java語言規(guī)范的元數(shù)據(jù)信息
c.字節(jié)碼驗(yàn)證
最復(fù)雜的一個(gè)階段，主要目的是通過數(shù)據(jù)流和控制流分析皿曲，確定程序語義是合法的唱逢，符合邏輯的。對類的方法體進(jìn)行校驗(yàn)分析屋休，保證被校驗(yàn)類的方法在運(yùn)行時(shí)不會做出危害虛擬機(jī)安全的事件惶我。
d.符號引用驗(yàn)證
最后一個(gè)階段的校驗(yàn)發(fā)生在虛擬機(jī)將符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用的時(shí)候，這個(gè)轉(zhuǎn)換動(dòng)作將在連接的第三個(gè)階段——解析階段中發(fā)生博投。
符號驗(yàn)證的目的是確保解析動(dòng)作能正常進(jìn)行绸贡。
準(zhǔn)備：
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。這些變量所使用的內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配毅哗。只包括類變量听怕。初始值“通常情況”下是數(shù)據(jù)類型的零值。
“特殊情況”下虑绵，如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性尿瞭，那么在準(zhǔn)備階段變量的值就會被初始化為ConstantValue屬性所指定的值。
解析：
虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程翅睛。
“動(dòng)態(tài)解析”的含義就是必須等到程序?qū)嶋H運(yùn)行到這條指令的時(shí)候声搁，解析動(dòng)作才能進(jìn)行黑竞。相對的，其余可觸發(fā)解析的指令都是“靜態(tài)”的疏旨，可以在剛剛完成加載階段很魂，還沒有開始執(zhí)行代碼時(shí)就進(jìn)行解析。
初始化：
類加載過程中的最后一步檐涝。
初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>()方法的過程遏匆。
<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。
<clinit>()與類的構(gòu)造函數(shù)不同谁榜，它不需要顯示地調(diào)用父類構(gòu)造器幅聘，虛擬機(jī)會保證在子類的<clinit>()方法執(zhí)行之前，父類的<clinit>()方法已經(jīng)執(zhí)行完畢窃植。
簡單地說帝蒿，初始化就是對類變量進(jìn)行賦值及執(zhí)行靜態(tài)代碼塊。
二巷怜、類加載器
通過上述的了解陵叽，我們已經(jīng)知道了類加載機(jī)制的大概流程及各個(gè)部分的功能。其中加載部分的功能是將類的class文件讀入內(nèi)存丛版，并為之創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對象。這部分功能就是由類加載器來實(shí)現(xiàn)的偏序。
1.類加載器分類：
不同的類加載器負(fù)責(zé)加載不同的類页畦。主要分為兩類。
啟動(dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader）： 由C++語言實(shí)現(xiàn)（針對HotSpot）,負(fù)責(zé)將存放在\lib目錄或-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的類庫加載到內(nèi)存中研儒，即負(fù)責(zé)加載Java的核心類豫缨。
其他類加載器： 由Java語言實(shí)現(xiàn)，繼承自抽象類ClassLoader端朵。如：
擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）： 負(fù)責(zé)加載\lib\ext目錄或java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫好芭，即負(fù)責(zé)加載Java擴(kuò)展的核心類之外的類。
應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader）： 負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（classpath）上的指定類庫冲呢，我們可以直接使用這個(gè)類加載器舍败，通過ClassLoader.getSystemClassLoader()方法直接獲取。一般情況敬拓，如果我們沒有自定義類加載器默認(rèn)就是用這個(gè)加載器邻薯。
以上2大類，3小類類加載器基本上負(fù)責(zé)了所有Java類的加載乘凸。下面我們來具體了解上述幾個(gè)類加載器實(shí)現(xiàn)類加載過程時(shí)相互配合協(xié)作的流程厕诡。
2.雙親委派模型
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求，它首先不會自己去嘗試加載這個(gè)類营勤，而是把請求委托給父加載器去完成灵嫌，依次向上壹罚，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(dòng)類加載器中寿羞，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)猖凛，即無法完成該加載，子加載器才會嘗試自己去加載該類稠曼。
這樣的好處是不同層次的類加載器具有不同優(yōu)先級形病，比如所有Java對象的超級父類java.lang.Object，位于rt.jar霞幅，無論哪個(gè)類加載器加載該類漠吻，最終都是由啟動(dòng)類加載器進(jìn)行加載，保證安全司恳。即使用戶自己編寫一個(gè)java.lang.Object類并放入程序中途乃，雖能正常編譯，但不會被加載運(yùn)行扔傅，保證不會出現(xiàn)混亂耍共。
3.雙親委派模型的代碼實(shí)現(xiàn)
ClassLoader中l(wèi)oadClass方法實(shí)現(xiàn)了雙親委派模型
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
//檢查該類是否已經(jīng)加載過
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
//如果該類沒有加載，則進(jìn)入該分支
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
//當(dāng)父類的加載器不為空猎塞，則通過父類的loadClass來加載該類
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//當(dāng)父類的加載器為空试读，則調(diào)用啟動(dòng)類加載器來加載該類
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
//非空父類的類加載器無法找到相應(yīng)的類，則拋出異常
}
if (c == null) {
//當(dāng)父類加載器無法加載時(shí)荠耽，則調(diào)用findClass方法來加載該類
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name); //用戶可通過覆寫該方法钩骇，來自定義類加載器
//用于統(tǒng)計(jì)類加載器相關(guān)的信息
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
//對類進(jìn)行l(wèi)ink操作
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
整個(gè)流程大致如下：
a.首先，檢查一下指定名稱的類是否已經(jīng)加載過铝量，如果加載過了倘屹，就不需要再加載，直接返回慢叨。
b.如果此類沒有加載過纽匙，那么，再判斷一下是否有父加載器拍谐；如果有父加載器烛缔，則由父加載器加載（即調(diào)用parent.loadClass(name, false);）.或者是調(diào)用bootstrap類加載器來加載。
c.如果父加載器及bootstrap類加載器都沒有找到指定的類轩拨，那么調(diào)用當(dāng)前類加載器的findClass方法來完成類加載力穗。
關(guān)于自定義類加載器，本篇文章就不介紹了气嫁，主要是重寫findClass方法当窗，有興趣的可以參考這篇文章。
