Java類加載及變量初始化過程
Java虛擬機是如何將編譯好的class文件加載成為Java類型僧著？加載之后如何初始化？靜態(tài)變量、靜態(tài)代碼塊的初始化順序以及繼承中子類和父類的初始化順序畏梆？
在學習Java的過程中經(jīng)常會遇到這種問題，最初baidu惫搏、Google一下能搞清順序具温，但不明白其內(nèi)部流程，因而過段時間就會忘記筐赔。最近涉及到靜態(tài)內(nèi)部類單例模式和普通單例模式的對比，始終想不通類加載和變量初始化的機制揖铜，因而查找資料茴丰，整理一下。
Java類加載機制
類加載是通過ClassLoader來實現(xiàn)的天吓，由于不同的JVM實現(xiàn)不同贿肩，本文僅限于常用的Hotspot JVM實現(xiàn)。
JDK默認的ClassLoader
JDK默認提供了一下三種類加載器：
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Bootstrp loader
Bootstrp加載器是Java虛擬機的引導加載器龄寞，在Java虛擬機啟動后初始化的汰规，負責加載Java的核心類庫，包括%JAVA_HOME%/jre/lib,-Xbootclasspath參數(shù)路徑以及%JAVA_HOME%/lib/classes中的類庫物邑，由C++編寫
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ExtClassLoader
由Bootstrp加載溜哮，并且其父加載器為Bootstrp滔金，負責加載Java的擴展類庫，包括%JAVA_HOME%/jre/lib/ext下的類庫茂嗓，由Java編寫餐茵，sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
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AppClassLoader
由Bootstrp加載，并且其父加載器為ExtClassLoader述吸，負責加載應用以及應用classpath下的類庫忿族，是Java應用程序默認的加載器，由Java編寫蝌矛，sun.misc.Launcher$AppClassLoader
雙親委托模型
Java的ClassLoader都采用雙親委托機制道批，即為每個類加載器都指定一個父加載器，并在當前加載器中保存父加載器的引用入撒。雙親委托機制的主要作用是為了防止類的重復加載屹徘，采用雙親委托機制加載類時的步驟如下：
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當前ClassLoader首先從自己已經(jīng)加載的類中查詢是否已經(jīng)加載了該類，如果已經(jīng)加載了則直接返回該類衅金。
每個類加載器都有自己的加載緩存噪伊，當一個類被加載之后就會放入緩存，私以為就是PermGen Space
當前ClassLoader沒有找到該類氮唯，則委托其父加載器去加載鉴吹，父加載器采用同樣的策略，一直到Bootstrp加載器惩琉。
當所有的父加載器都沒有加載時豆励，返回委托加載的源頭即最初的加載器，由其根據(jù)文件路徑去找到相應的jar包進行加載瞒渠。
那么問題來了良蒸，Java虛擬機如何確定兩個類是不是同一個類呢。一方面通過類的全限定名伍玖，另一方面是通過ClassLoader名嫩痰。即完全相同的兩個class文件，由不同的ClassLoader進行加載窍箍，在Java虛擬機中會被認為是兩個不同的類串纺，當然由于雙親委托機制的存在，這種情況基本不會存在椰棘，不然就會出現(xiàn)在不知情的情況下個人自定義的String代替JDK基本String的情況纺棺。
不遵循雙親委托的情景
上面說了雙親委托機制是為了實現(xiàn)不同的ClassLoader之間加載類的交互問題，被大家公用的類就交由父加載器進行加載邪狞，但是Java中也確實存在父加載器中需要用到子加載器中加載的類的情況祷蝌。
Java中有一個SPI(Service Provider Interface)標準，使用了SPI的庫帆卓，諸如JDBC巨朦、JNDI等米丘，我們都知道JDBC需要第三方提供的驅(qū)動才可以，而包含驅(qū)動的jar放在個人應用的classpath下罪郊。JDBC本身的api是JDK提供的一部分蠕蚜，它已經(jīng)被Bootstrp加載了，那么第三方廠商提供的實現(xiàn)類怎么加載呢悔橄？這里Java引入了線程上下文加載的概念靶累，線程類加載器默認從父線程繼承，如果沒有指定的話就是APPClassLoader癣疟，這樣的話當加載第三方驅(qū)動時就可以通過線程的上下文類加載器來加載挣柬。
Java虛擬機加載class文件的過程
虛擬機將class文件加載到內(nèi)存，通過校驗睛挚、解析和初始化邪蛔，最終形成Java類型。加載扎狱、校驗侧到、準備、解析淤击、初始化這5個步驟的順序是確定的匠抗，但是在Java標準規(guī)范中并沒有強制規(guī)定什么時候開始加載，但是卻規(guī)定了幾種情況必須初始化污抬。
- 遇到new汞贸、getstatic、putstatic印机、invokestatic這4條字節(jié)碼指令矢腻，如果類沒有進行過初始化，則觸發(fā)初始化射赛。
- 使用Java.lang.reflect包的方法進行反射調(diào)用時多柑，如果沒有初始化則先進行初始化。
- 初始化一個類時如果發(fā)現(xiàn)父類沒有初始化咒劲，則先初始化父類顷蟆。
加載、校驗腐魂、解析
加載就是通過類的全限定名，獲取類的二進制字節(jié)流逐纬，然后將此字節(jié)流轉換為方法去的數(shù)據(jù)結構蛔屹，在內(nèi)存中生成一個代表此類的Class對象的過程。驗證 是為了為了確保Class文件中的字節(jié)流符合虛擬機的要求豁生，并且不會危害虛擬機的安全兔毒。解析是虛擬機將常量池中的符號引用轉換為直接引用的過程漫贞。class文件采用一種類似C語言的結構體的偽結構來存儲我們編碼的java類的各種信息。其中育叁，class文件中常量池（constant_pool）是一個類似表格的倉庫迅脐，里面存儲了我們編寫的java類的類和接口的全限定名，字段的名稱和描述符豪嗽，方法的名稱和描述符谴蔑。在java虛擬機將class文件加載到虛擬機內(nèi)存之后，class類文件中的常量池信息以及其他的數(shù)據(jù)會被保存到java虛擬機內(nèi)存的方法區(qū)龟梦。我們知道class文件的常量池存放的是java類的全名隐锭，接口的全名和字段名稱描述符，方法的名稱和描述符等信息计贰，這些數(shù)據(jù)加載到jvm內(nèi)存的方法區(qū)之后钦睡，被稱做是符號引用。而把這些類的全限定名躁倒，方法描述符等轉化為jvm可以直接獲取的jvm內(nèi)存地址荞怒，指針等的過程，就是解析秧秉。
準備
在Java虛擬機加載了class文件并且驗證完畢之后褐桌，就會正式給類變量分配內(nèi)存空間并設置變量的初始值。這些類變量所使用的的內(nèi)存都會保存在方法區(qū)(PermGen Space)中福贞，這里說的類變量也就是通過static修飾的靜態(tài)變量撩嚼。比如在public static int value=123;中，在執(zhí)行準備階段時會給value分配內(nèi)存并設置初始值為0挖帘，而不是現(xiàn)象中的123.
初始化階段
類初始化階段是類加載的最后階段完丽，在這個階段才會真正意義上的執(zhí)行類中定義的Java代碼。Java虛擬機是怎樣完成初始化的呢拇舀？這要從編譯講起逻族。在編譯階段，編譯器會自動收集類中的所有靜態(tài)變量和靜態(tài)代碼塊(static{}塊)并將其合并骄崩，編譯器的收集順序是按照他們在類中的定義順序聘鳞。收集完成之后會編譯Java類中的static{}方法，Java虛擬機則會保證一個類中的static{}塊在多線程或單線程環(huán)境下都正確的執(zhí)行要拂，并且只執(zhí)行一次抠璃。在執(zhí)行過程中便完成了static變量的初始化。當我們的Java代碼中沒有顯示的聲明static代碼塊脱惰，而只是定義了靜態(tài)變量的話搏嗡，編譯器會默認給我們生成一個static{}方法。
如果出現(xiàn)了繼承的情況，虛擬機會保證在子類的static{}代碼塊執(zhí)行之前采盒，父類的static已經(jīng)執(zhí)行完畢旧乞。
參考博客地址
Java類加載及變量初始化過程 https://my.oschina.net/kalo/blog/323078
Java Classloader機制解析 https://my.oschina.net/aminqiao/blog/262601
