類的生命周期

類從被加載到虛擬機內(nèi)存中開始乎完，到卸載出內(nèi)存為止熏兄，它的整個生命周期包括：加載、驗證、準(zhǔn)備摩桶、解析桥状、初始化、使用和卸載七個階段.

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在這七個步驟中硝清，最后三個步驟我們應(yīng)該很熟悉辅斟，初始化就是new Object()，后續(xù)使用直到銷毀芦拿；我們今天來學(xué)習(xí)一下在初始化之前的步驟---類加載士飒；

類加載

我們平時編寫的.java文件，最終會被編譯為.class文件才能在虛擬機上運行蔗崎，類加載指的是將編譯好的的.class文件中的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中酵幕，將其放在運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆里創(chuàng)建一個java.lang.Class對象缓苛，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)芳撒。類的加載的最終產(chǎn)品是位于堆區(qū)中的Class對象，Class對象封裝了類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)未桥，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)的接口笔刹。我們的new對象就是通過Class對象來創(chuàng)造的。

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類加載的過程包括了加載冬耿、驗證徘熔、準(zhǔn)備、解析淆党、初始化五個階段酷师。下面詳細(xì)講述類加載過程中每個階段所做的工作。

一.加載

查找并加載類的二進制數(shù)據(jù)是類加載過程的第一個階段染乌，在加載階段山孔，虛擬機需要完成以下三件事情：

1.通過一個類的全路徑名來獲取其定義的二進制字節(jié)流（.class文件）。
2.將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)荷憋。
3.在Java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象台颠，作為對方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

相對于類加載的其他階段而言勒庄，加載階段（準(zhǔn)確地說串前，是加載階段獲取類的二進制字節(jié)流的動作）是可控性最強的階段，因為這個步驟是讀取.class文件实蔽，開發(fā)人員可以使用控制這個讀文件的邏輯荡碾。

加載.class文件的幾種方式：

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源文件動態(tài)編譯為.class文件

加載階段完成后局装，虛擬機外部的二進制字節(jié)流就按照虛擬機所需的格式存儲在方法區(qū)之中坛吁，而且在Java堆中也創(chuàng)建一個java.lang.Class類的對象劳殖，這樣便可以通過該對象訪問方法區(qū)中的這些數(shù)據(jù)。

二.驗證

驗證是確保被加載的類的正確性拨脉，這一階段的目的是為了確保Class文件符合當(dāng)前虛擬機的要求哆姻，且不會危害虛擬機的安全。驗證階段大致會完成4個階段的檢驗動作：

• 文件格式驗證：驗證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范玫膀；
• 元數(shù)據(jù)驗證：保證其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求矛缨；例如：這個類是否有父類，除了java.lang.Object之外帖旨。
• 字節(jié)碼驗證：通過數(shù)據(jù)流和控制流分析劳景，確定程序語義是合法的、符合邏輯的碉就。
• 符號引用驗證：確保解析動作能正確執(zhí)行盟广。

驗證階段是非常重要的，但不是必須的瓮钥，它對程序運行期沒有影響筋量，如果所引用的類經(jīng)過反復(fù)驗證，那么可以考慮采用-Xverifynone參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗證措施碉熄，以縮短虛擬機類加載的時間桨武。

三.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，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配锈津。對于該階段有以下幾點需要注意：

• 1呀酸、這時候進行內(nèi)存分配的僅包括類變量（static），而不包括實例變量琼梆，實例變量會在對象實例化時隨著對象一塊分配在Java堆中性誉。
• 2、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茎杂、0L错览、null、false等）煌往，而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值倾哺。
• 3、如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性刽脖，即同時被final和static修飾羞海，那么在準(zhǔn)備階段變量value就會被初始化為ConstValue屬性所指定的值。

四.解析

解析階段是虛擬機將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程曲管，解析動作主要針對類或接口却邓、字段、類方法翘地、接口方法申尤、方法類型癌幕、方法句柄和調(diào)用點限定符7類符號引用進行衙耕。符號引用就是一組符號來描述目標(biāo)昧穿，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針橙喘、相對偏移量或一個間接定位到目標(biāo)的句柄时鸵。

五.初始化

初始化，為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值厅瞎，JVM負(fù)責(zé)對類進行初始化饰潜，主要對類變量進行初始化。在Java中對類變量進行初始值設(shè)定有兩種方式：

1.創(chuàng)建類變量時指定初始值
2.使用靜態(tài)代碼塊為類變量指定初始值

JVM初始化步驟

1和簸、假如這個類還沒有被加載和連接彭雾，則程序先加載并連接該類
2、假如該類的直接父類還沒有被初始化锁保，則先初始化其直接父類
3薯酝、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

類初始化時機：只有當(dāng)對類的主動使用的時候才會導(dǎo)致類的初始化爽柒，類的主動使用包括以下六種：

• 創(chuàng)建類的實例吴菠，也就是new的方式
• 訪問某個類或接口的靜態(tài)變量，或者對該靜態(tài)變量賦值
• 調(diào)用類的靜態(tài)方法
• 反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
• 初始化某個類的子類浩村，則其父類也會被初始化
• Java虛擬機啟動時被標(biāo)明為啟動類的類（Java Test）做葵，直接使用java.exe命令來運行某個主類

六.結(jié)束生命周期

在如下幾種情況下，Java虛擬機將結(jié)束生命周期

• 執(zhí)行了System.exit()方法
• 程序正常執(zhí)行結(jié)束
• 程序在執(zhí)行過程中遇到了異承氖或錯誤而異常終止
• 由于操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤而導(dǎo)致Java虛擬機進程終止

類加載的幾個概念

上面我們對類加載過程有了大概的認(rèn)識酿矢，接下來繼續(xù)了解.class文件加載到內(nèi)存中的幾個重要概念.

一.加載器種類

站在Java虛擬機的角度來講，只存在兩種不同的類加載器：

啟動類加載器：它使用C++實現(xiàn)（這里僅限于Hotspot怎燥，也就是JDK1.5之后默認(rèn)的虛擬機棠涮，有很多其他的虛擬機是用Java語言實現(xiàn)的），是虛擬機自身的一部分刺覆；
其它的類加載器：這些類加載器都由Java語言實現(xiàn)严肪，獨立于虛擬機之外，并且全部繼承自抽象類java.lang.ClassLoader谦屑，這些類加載器需要由啟動類加載器加載到內(nèi)存中之后才能去加載其他的類驳糯。

站在Java開發(fā)人員的角度來看，類加載器可以大致劃分為以下三類：

啟動類加載器：Bootstrap ClassLoader氢橙，負(fù)責(zé)加載存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安裝目錄酝枢，下同)下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的悍手，并且能被虛擬機識別的類庫（如rt.jar帘睦，所有的java.xxx開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載）袍患。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竣付，該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現(xiàn)诡延，它負(fù)責(zé)加載JDK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類）古胆，開發(fā)者可以直接使用擴展類加載器肆良。
應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader，該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實現(xiàn)逸绎，它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類惹恃，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棺牧，一般情況下這個就是程序中默認(rèn)的類加載器巫糙。

應(yīng)用程序都是由這三種類加載器互相配合進行加載的，因為JVM自帶的ClassLoader只是懂得從本地文件系統(tǒng)加載標(biāo)準(zhǔn)的java class文件颊乘，如果有必要参淹，我們還可以加入自定義的類加載器，具體我們在后面演示疲牵。

二.類加載示例

類加載有三種方式：

• 1承二、命令行啟動應(yīng)用時候由JVM初始化加載
• 2、通過Class.forName()方法動態(tài)加載
• 3纲爸、通過ClassLoader.loadClass()方法動態(tài)加載

package com.neo.classloader;
public class loaderTest { 
        public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { 
                ClassLoader loader = HelloWorld.class.getClassLoader(); 
                System.out.println(loader); 
                //使用ClassLoader.loadClass()來加載類亥鸠，不會執(zhí)行初始化塊 
                loader.loadClass("Test2"); 
                //使用Class.forName()來加載類，默認(rèn)會執(zhí)行初始化塊 
                //Class.forName("Test2"); 
                //使用Class.forName()來加載類识啦，并指定ClassLoader负蚊，初始化時不執(zhí)行靜態(tài)塊 
                //Class.forName("Test2", false, loader); 
        } 
}

Class.forName()和ClassLoader.loadClass()區(qū)別

Class.forName()：將類的.class文件加載到j(luò)vm中之外，還會對類進行解釋颓哮，執(zhí)行類中的static塊家妆；
ClassLoader.loadClass()：只干一件事情，就是將.class文件加載到j(luò)vm中冕茅，不會執(zhí)行static中的內(nèi)容,只有在newInstance才會去執(zhí)行static塊伤极。
Class.forName(name, initialize, loader):帶參函數(shù)也可控制是否加載static塊。并且只有調(diào)用了newInstance()方法才會用調(diào)用構(gòu)造函數(shù)姨伤，創(chuàng)建類的對象 哨坪。

三.雙親委派模型

雙親委派模型的工作流程是：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它不會自己去加載這個類乍楚，而是把請求委托給父加載器当编，依次向上，因此徒溪，所有的類加載請求最終都應(yīng)該被傳遞到頂層的啟動類加載器中忿偷，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金顿，子加載器才會嘗試自己去加載該類。

ClassLoader源碼分析：

public Class<?> loadClass(String name)throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
}

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException {
        // 首先判斷該類型是否已經(jīng)被加載
        Class c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            //如果沒有被加載鲤桥，就委托給父類加載或者委派給啟動類加載器加載
            try {
                if (parent != null) {
                     //如果存在父類加載器揍拆，就委派給父類加載器加載
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                //如果不存在父類加載器，就檢查是否是由啟動類加載器加載的類芜壁，通過調(diào)用本地方法native Class findBootstrapClass(String name)
                    c = findBootstrapClass0(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
             // 如果父類加載器和啟動類加載器都不能完成加載任務(wù)礁凡，才調(diào)用自身的加載功能
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }

雙親委派模型意義：

全盤負(fù)責(zé)高氮，當(dāng)一個類加載器負(fù)責(zé)加載某個Class時慧妄，該Class所依賴的和引用的其他Class也將由該類加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個類加載器來載入
父類委托剪芍，先讓父類加載器試圖加載該類塞淹，只有在父類加載器無法加載該類時才嘗試從自己的類路徑中加載該類
緩存機制，緩存機制將會保證所有加載過的Class都會被緩存罪裹，當(dāng)程序中需要使用某個Class時饱普，類加載器先從緩存區(qū)尋找該Class，只有緩存區(qū)不存在状共，系統(tǒng)才會讀取該類對應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)套耕，并將其轉(zhuǎn)換成Class對象，存入緩存區(qū)峡继。這就是為什么修改了Class后，必須重啟JVM碾牌，程序的修改才會生效

四.自定義類加載器

有的時候康愤，我們也需要自定義類加載器征冷。比如應(yīng)用是通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸 Java類的字節(jié)碼，這樣則需要自定義類加載器來實現(xiàn)誓琼。自定義類加載器一般都是繼承自ClassLoader類，從上面對loadClass方法來分析來看腹侣，我們只需要重寫 findClass 方法即可叔收。下面我們通過一個示例來演示自定義類加載器的流程：

package com.neo.classloader;
import java.io.*;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private String root;

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] classData = loadClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        } else {
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        }
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        String fileName = root + File.separatorChar
                + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
        try {
            InputStream ins = new FileInputStream(fileName);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int bufferSize = 1024;
            byte[] buffer = new byte[bufferSize];
            int length = 0;
            while ((length = ins.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, length);
            }
            return baos.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    public String getRoot() {
        return root;
    }

    public void setRoot(String root) {
        this.root = root;
    }

    public static void main(String[] args)  {

        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
        classLoader.setRoot("E:\\temp");

        Class<?> testClass = null;
        try {
            testClass = classLoader.loadClass("com.neo.classloader.Test2");
            Object object = testClass.newInstance();
            System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

自定義類加載器的核心在于對字節(jié)碼文件的獲取，如果是加密的字節(jié)碼則需要在該類中對文件進行解密筐带。

1今穿、這里的文件名需要是類的全路徑名稱，即com.paddx.test.classloading.Test格式的伦籍，因為 defineClass 方法是按這種格式進行處理的蓝晒。
2腮出、最好不要重寫loadClass方法，因為這樣容易破壞雙親委托模式芝薇。
3胚嘲、這類Test 類本身可以被 AppClassLoader類加載，因此我們不能把com/paddx/test/classloading/Test.class放在類路徑下洛二。否則馋劈，由于雙親委托機制的存在，會直接導(dǎo)致該類由AppClassLoader加載晾嘶，而不會通過我們自定義類加載器來加載妓雾。

理解了類的生命周期和類加載對學(xué)習(xí)JVM有很大的幫助，接下來我們繼續(xù)JVM的相關(guān)學(xué)習(xí)垒迂。