Java类加载机制

一、JVM类加载机制流程如下

 

 

二、逐步说明各步骤的主要工作

1.JVM加载（读取）二进制字节流到主内存，可从多个途径读取流信息。常见如使用javac HelloWorld.java获得的HelloWorld.class文件、或程序编译后存储在数据库，之后运行时读取、或"牛x"手写class文件内容、Java命令打jar包、mvn打包war等，总而言之，JVM对内容的存储形式不做特别要求，因为不论什么文件类型，最终都会对二进制流内容作校验。加载阶段完成时，字节流存储在方法区中，同时实例化一个java.lang.Class对象作为应用程序访问方法区这个类型的外部接口，如Class aKlass = a.getClass(); aKlass.getName()等。

2.内容验证阶段

2.1 文件格式验证

　　所谓文件格式验证是指JVM支持的文件格式，JVM通过是否包含特定的内容信息进行验证。

　　1.魔数验证：字节流以0xCAFEBABE开头

　　2.版本号验证。当前虚拟机是否能够处理当前版本，比如用低版本虚拟机加载高版本虚拟机编译后的class文件，会报错。

　　3.常量池验证。常量池数量，常量池内容等

　　4.整个文件结构是否完整。Java字节码文件是内容连续的、有序的、格式固定的，因此有任何添加或删除则都会被视为非法

　　5.其他验证如文件名、方法名长度、编码等

　　文件格式验证通过后，字节流才会被转换为一个Java类型存储在方法区，接下来的验证则是基于方法区中的存储结构进行的

　　2.2 元数据验证

　　　　1.父类验证（除java.lang.Object外，其他类都应该有父类）

　　　　2.继承关系（包括Java语义中的继承与实现）验证。比如是否继承了不能继承的类，是否继承了多个具体类，是否实现（implements）了类而非接口等

　　　　3.是否满足类定义验证。比如非抽象类是否完全实现了父接口的所有方法

　　　　4.是否覆盖父类中不允许继承的方法，本类中是否发生错误的重载等

　　　　...

　　　　该阶段主要是对内容进行语义分析，确保符合Java语言规范要求

　　2.3 字节码验证

　　　　简单点说就是对代码中的方法做校验，确保方法在运行时不会危害到自身。

　　　　1.方法中的对象赋值时，类型检查。是否将C类型赋值给其他非C以及非C父类类型，如此将导致类型不匹配异常（受检异常）

　　　　2.操作数栈的类型与指令代码序列一致

　　　　...

　　2.4 符号引用验证

　　　　1.该引用指向的类是否存在

　　　　2.该引用指向的方法，在特定类中是否存在

　　　　3.该引用指向的字段，在特定类中是否存在

　　　　4.该引用指向的类、方法、字段是否具备访问权限

　　　　...

　　　　主要验证符号引用对应的信息是否能够匹配

 

3.准备阶段，经过第2阶段，认为读入的字节流数据信息合法，且加载阶段已初始化的类型可用。此时会对属于该类型的变量（类变量、类方法）进行内存分配与零值初始化（Integer零值为null, int 零值为0等）。

　　1.类变量所使用的内存将在方法区分配

　　2.注意被static final修饰的变量会在此阶段直接分配真实值（你在代码中写的值如static final int a = 3，此时会将a直接赋值为3，并存储在fields字段表属性attribute的ConstantValue属性中）

 

4.解析阶段，该阶段为符号引用替换为直接引用的过程。涉及到类或接口、字段、类方法、方法类型、方法具柄和调用点7类。

　　举个例子比较好理解：

　　　　public static String say(){

　　　　　　return "hello";

　　　　}

 　　准备阶段已经对say方法做了内存初始化，比如内存地址是0xabcd1234，则在此阶段将符号引用say转换为具体的内存地址入口，该内存地址就是直接引用。

5.初始化阶段，执行类构造器<clinit>()方法。编译器自动将静态块、静态变量收集合并产生类构造器方法（初始化顺序依赖源文件中的顺序）

　　1.<clinit>()方法确定会在子类的构造器方法之前执行，无需显示调用父类的构造器方法

　　2.java.lang.Object的类构造器方法是最先执行的

　　3.父类的静态语句、静态块一定优先子类初始化

　　4.类构造器方法仅执行一次，并由虚拟机保证其多线程环境中被正确的加锁与同步

6.使用与卸载