1侣滩、JVM組成結(jié)構(gòu)

籠統(tǒng)而言，編寫的代碼在javac編譯器作用下，會(huì)將XXX.java代碼文件生成對(duì)應(yīng)的XXX.class字節(jié)碼文件，jvm運(yùn)行過程中解釋器逐條將字節(jié)碼解釋為機(jī)器碼來執(zhí)行司倚。（拓展：jvm Just In Time: 采用 及時(shí)編譯器 技術(shù)優(yōu)化性能，關(guān)于相關(guān)了解可見 Java-即時(shí)編譯器-原理-實(shí)踐-美團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì) )篓像。JVM結(jié)構(gòu)圖如下：

JVM.png

2动知、類裝載子系統(tǒng)（ClassLoader）

ClassLoader種類及雙親委派模型的加載機(jī)制如下圖：

ClassLoader.png

• 為什么使用雙親委派模型？
  避免多份同樣字節(jié)碼的加載员辩，內(nèi)存是寶貴的盒粮，沒必要保存兩份相同的 Class 對(duì)象；

• 類的加載方式：
  隱式加載：new
  顯式加載：ClassLoader 的 loadClass() 方法奠滑、Class 的forName() 方法等丹皱。

• 類的裝載過程：

  • 1妒穴、加載
    通過 ClassLoader 的 loadClass() 方法把 class 文件字節(jié)碼加載到內(nèi)存中，并將這些靜態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)方法區(qū)的類型數(shù)據(jù)摊崭，在運(yùn)行時(shí)讼油，在數(shù)據(jù)區(qū)堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的 java.lang.Class 對(duì)象，作為方法區(qū)類數(shù)據(jù)的訪問入口呢簸。
  • 2矮台、鏈接，分為校驗(yàn)阔墩、準(zhǔn)備嘿架、解析三步：
    • 校驗(yàn)：檢查加載的 class 的正確性和安全性；
    • 準(zhǔn)備：為類變量分配存儲(chǔ)空間并設(shè)置類變量初始值啸箫；
    • 解析：JVM 將常量池內(nèi)的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用耸彪。(可參考：符號(hào)引用和直接引用，解析和分派)
  • 3忘苛、初始化
    執(zhí)行類變量賦值和靜態(tài)代碼塊蝉娜。

• loadClass 和 forName 的區(qū)別？
  Class 的 forName() 得到的 class 是已經(jīng)初始化完成的扎唾。
  ClassLoader 的 loadClass() 得到的 class 是還沒有鏈接的召川。

    //Class.forName() 指明了initialize
    @CallerSensitive
    public static Class<?> forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
        Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
        return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
    }
  
    private static native Class<?> forName0(String name, boolean initialize,
                                            ClassLoader loader,
                                            Class<?> caller)  
                                            throws ClassNotFoundException;
  

    //classLoader.loadClass()
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }
    //resolveClass(c) Links the specified class. 
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
  
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);
  
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }
  

  應(yīng)用案例：
  使用 Class.forName(“com.mysql.jdbc.Driver”) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)，Driver 類中是有一段靜態(tài)的代碼段的胸遇，因此需要調(diào)用 forName 才能執(zhí)行它荧呐，進(jìn)而生成 Driver 對(duì)象。
  Spring IOC 為了加快初始化速度纸镊，大量使用類延時(shí)加載技術(shù)倍阐，使用 ClassLoader 不需要執(zhí)行鏈接和初始化步驟，這樣可以加快加載速度逗威，把類的初始化工作留到實(shí)際使用到這個(gè)類的時(shí)候才去做峰搪。

3、類加載機(jī)制

Class 文件是一組以 8 位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進(jìn)制流凯旭，當(dāng)遇到需要占用 8 個(gè)字節(jié)以上空間的數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)概耻，則會(huì)按照高位在前的方式分割成若干個(gè) 8 位字節(jié)進(jìn)行存儲(chǔ)。
類的生命周期：加載 > 驗(yàn)證 > 準(zhǔn)備 > 解析 > 初始化 > 使用 > 卸載
加載罐呼、驗(yàn)證鞠柄、準(zhǔn)備、解析弄贿、卸載這 5 個(gè)的順序是確定的春锋，而解析則不一定，在某些情況是 初始化 > 解析差凹，這是為了支持 Java 的運(yùn)行時(shí)綁定期奔。(關(guān)于靜態(tài)綁定侧馅，動(dòng)態(tài)綁定的基礎(chǔ)知識(shí)可以參照Java單分派和雙分派以及訪問者模式的使用)
類加載過程包括加載、驗(yàn)證呐萌、準(zhǔn)備馁痴、解析、初始化 5 個(gè)階段肺孤。VM 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)把類加載階段中的"通過一個(gè)類的全限定名來獲取描述此類的二進(jìn)制字節(jié)流"這個(gè)動(dòng)作放到 JVM 外部去實(shí)現(xiàn)罗晕，以便讓應(yīng)用程序自己決定如何去獲取所需要的類。實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作的代碼模塊叫做"類加載器"赠堵。

• 1.加載
  • 通過一個(gè)類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制流小渊；
  • 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
  • 在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的 java.lang.Class 對(duì)象茫叭，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口酬屉。
• 2.驗(yàn)證
  • 如果驗(yàn)證到輸入的字節(jié)流不符合 Class 文件格式的約束，VM 就應(yīng)拋出一個(gè) java.lang.VerifyError 異匙岢睿或其子類異常呐萨。驗(yàn)證階段大致會(huì)有文件格式驗(yàn)證、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證莽囤、字節(jié)碼驗(yàn)證谬擦、符號(hào)引用驗(yàn)證 4 個(gè)階段。
• 3.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朽缎，這些變量所使用的內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配惨远。這個(gè)階段中有兩個(gè)容易產(chǎn)生混淆的概念需要強(qiáng)調(diào)一下：
    • 這時(shí)候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包含類變量(被 static 修飾的變量)，而不包含實(shí)例變量话肖，實(shí)例變量將會(huì)在對(duì)象實(shí)例化時(shí)隨著對(duì)象一起分配在 Java 堆中锨络；
    • 這里所說的初始值"通常情況"下是數(shù)據(jù)類型的零值，假設(shè)一個(gè)類變量的定義為 public static int value = 123; 那變量 value 在準(zhǔn)備階段過后的初始值是0而不是123狼牺，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候尚未開始執(zhí)行任何 Java 方法，value 賦值為 123 的動(dòng)作將在初始化階段才會(huì)執(zhí)行礼患。 還有一種情況是定義為 public static final int value = 123; 這種情況在準(zhǔn)備階段 VM 就會(huì)將 value 賦值為 123是钥。
• 4.解析
  • 解析過程是 VM 將常量池中的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。直接引用可以是直接指向目標(biāo)的指針缅叠、相對(duì)偏移量或是一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄悄泥。直接引用是和 VM 實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局相關(guān)的，同一個(gè)符號(hào)引用在不同 VM 實(shí)例上翻譯出來的直接引用一般不會(huì)相同肤粱。如果有了直接引用弹囚，那引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。
• 5.初始化
  初始化是類加載過程的最后一步领曼。對(duì)于初始化階段鸥鹉，VM 規(guī)范嚴(yán)格規(guī)定了有且只有 5 種情況必須立即對(duì)類進(jìn)行初始化：
  • 遇到 new蛮穿、getstatic、putstatic毁渗、invokestatic 這 4 個(gè)字節(jié)碼指令時(shí)践磅，場(chǎng)景有使用 new 實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候；讀取或設(shè)置一個(gè)類的靜態(tài)字段時(shí)(被 final 修飾灸异，已在編譯期把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外)的時(shí)候府适；調(diào)用一個(gè)類的靜態(tài)方法的時(shí)候；
  • 使用 java.lang.reflect 包的方法對(duì)類進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候肺樟；
  • 當(dāng)初始化一個(gè)類的時(shí)候檐春，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化么伯；
  • 當(dāng) VM 啟動(dòng)的時(shí)候疟暖，用戶需要指定一個(gè)要執(zhí)行的主類(包含 main 方法)，VM 會(huì)先初始化這個(gè)主類蹦狂；
  • 當(dāng)使用 JDK1.7 的動(dòng)態(tài)語言支持時(shí)誓篱。

4、個(gè)人觀點(diǎn)

JAVA 基礎(chǔ)本身是一個(gè)龐大的知識(shí)體系凯楔，往往一個(gè)疑問點(diǎn)會(huì)牽涉出很多知識(shí)點(diǎn)窜骄，希望大家沉下心來，不僅僅是只看個(gè)結(jié)論摆屯。在解答疑問的查閱過程中會(huì)反復(fù)碰到一些知識(shí)點(diǎn)邻遏，多讀多看就會(huì)加深印象，得到提高虐骑。

5准验、文檔參考

JVM 技術(shù)內(nèi)幕——HotSpot VM 類加載機(jī)制
Java-即時(shí)編譯器-原理-實(shí)踐-美團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)
符號(hào)引用和直接引用，解析和分派
Java單分派和雙分派以及訪問者模式的使用