Java虚拟机类加载
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1. 什么是类的加载
下图展示类的加载机制在整个 java 程序运行期间处于什么环节。
java 文件通过编译器编译成 .class 文件，接下来类加载器又将这些 .class 文件加载到 JVM 中。其中，类装载器的作用就是类的加载。
类的加载指的是将类的 .class 文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个 java.lang.Class 对象，用来封装类在方法区的数据结构。
2. 在什么时候才会启动类加载器
其实，类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它，JVM 规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了 .class 文件缺失或者存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误（LinkageError 错误），如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。
3. 从哪些地方去加载 .class 文件
一般有5个来源：
1）本地磁盘
2）网上加载 .class 文件（Applet）
3）从数据库中
4）压缩文件中（ZAR，jar 等）
5）其他文件生成的（JSP 应用）
4. 类加载的过程
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载 七个阶段。
其中，类的加载包括了：加载、验证、准备、解析、初始化 五个阶段。在这五个阶段中，加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始。另外注意这里的几个阶段按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。
4.1 加载
加载是类加载机制的第一个过程，在加载阶段，虚拟机主要完成三件事：
1）通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流
2）将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3）在堆中生成一个代表这个类的 Class 对象，作为方法区中这些数据的访问入口
相对于类加载的其他阶段而言，加载阶段是可控性最强的阶段，因为程序员可以使用系统的类加载器加载，也可以使用自己的类加载器加载。
4.2 验证
验证的主要作用就是确保被加载的类的正确性。也是连接阶段的第一步。检测验证加载好的 .class 文件不会对虚拟机有危害。主要是完成四个阶段的验证：
1）文件格式的验证：验证 .class 文件字节流是否符合 class 文件的格式的规范，并且能够被当前版本的虚拟机处理
2）元数据验证：主要是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合 java 语言规范的要求
3）字节码验证：这是整个验证过程最复杂的阶段，主要通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在元数据验证阶段对数据类型做出验证后，这个阶段主要对类的方法做出分析，保证类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事
4）符号引用验证：它是验证的最后一个阶段，发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候。主要是对类自身以外的信息进行校验。目的是确保解析动作完成
对整个类加载机制而言，验证阶段是一个很重要但是非必需的阶段，如果我们的代码确保没有问题，就不用验证，使用 -Xverfity:none 来关闭大部分的验证
4.3 准备
准备阶段主要为类变量分配内存并设置初始值。这些内存都在方法区分配。在这个阶段重点注意 类变量和初始值。
1）类变量会分配内存，但是实例变量不会，实例变量主要随着对象的实例化一块分配到 java 堆中
2）这里的初始值指的是数据类型默认值，而不是代码中被显示赋予的值。
4.4 解析
解析阶段主要是虚拟机将常量池中的符号转化为直接引用的过程。
4.5 初始化
这是类加载机制的最后一步，在这个阶段，java 程序代码才真正执行。我们知道，在准备阶段已经为类变量赋过一次值。在初始化阶段，程序员可以根据自己的需要来赋值。
在初始化阶段，主要为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM 负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化。在 Java 中对类变量进行初始值设定有两种方式：一种是声明类变量指定初始值，另一种是使用静态代码块为类变量指定初始值
JVM 初始化步骤：
1）假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类
2）假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类
3）假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句
初始化时机：只有当对类的主动使用时候才会导致类的初始化，类的主动使用包括以下六种：
1）创建类的实例，即 new
2）访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
3）调用类的静态方法
4）反射（如：Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")）
5）初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化
6）Java 虚拟机启动时被标明为启动类的类，直接使用 java.exe 命令来运行某个主类
5. 类加载器
虚拟机设计团队把加载动作放到 JVM 外部实现，以便让应用程序觉得如何获取所需的类。
5.1 Java 语言系统自带三个类加载器
1）Bootstrap ClassLoader：最顶层的加载类，主要加载核心类库，也就是我们环境变量下 %JAVA_HOME%/jre/lib 下的 rt.jar、resources.jar、charset.jar 和 class 等。另外需要注意的是可以通过启动 jvm 时指定 -Xbootclasspath 和路径来改变 Bootstrap ClassLoader 的加载目录。比如 java -Xbootclasspath/a:path 被指定的文件追加到默认的 bootstrap 路径中。
2）Extention ClassLoader：扩展的类加载器，加载目录 %JRE_HOME%/lib/ext 目录下的 jar 包和 class 文件，还可以加载 -D java.ext.dirs 选项指定的目录。
3）App ClassLoader：也称为 SystemAppClass。加载当前应用的 classpath 的所有类。
java 为我们提供了三个类加载器，应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，我们还可以加入自定义的类加载器。这三种类加载器的加载顺序是什么呢？
Bootstrap ClassLoader > Extention ClassLoader > Appclass Loader
ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
loader 是 App ClassLoader ， loader.getParent() 是 Extention ClassLoader，再往上 getParent() 就是 null（Bootstrap ClassLoader 是 C语言实现的，获取不到，所以返回 null）
5.2 类加载的三种方式
1）通过命令行启动应用时由 JVM 初始化加载含有 main() 方法的主类
2）通过 Class.forName() 方法动态加载，会默认执行初始化块（static{}），但是 Class.forName(name, initialize, loader) 中的 initialize 可以指定是否要执行初始化块。
3）通过 ClassLoader.loadClass() 方法动态加载，不会执行初始化块
5.3 双亲委派原则
当一个类加载器收到类加载任务时，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。
采用双亲委派的一个好处是，比如加载位于 rt.jar 包中的类 java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样的一个 Object 对象。双亲委派原则归纳一下就是：
1. 可以避免重复加载，父类已经加载了，子类就不需要再次加载
2. 更加安全。很好的解决了各个类加载器的基础类的统一问题，如果不使用该种方式，那么用户可以随意定义类加载器来加载核心 api，会带来相关隐患
5.4 自定义类加载器
自定义类加载器有两种方式：
1）遵守双亲委派模型：继承 ClassLoader，重写 findClass() 方法
2）破坏双亲委派模型：继承 ClassLoader，重写 loadClass() 方法。
通常我们推荐采用第一种方法自定义类加载器，最大程度遵守双亲委派模型。
方法 loadClass() 抛出的是 java.lang.ClassNotFoundException 异常；方法 defineClass() 抛出的是 java.lang.NoClassDefFoundError 异常。
https://blog.csdn.net/qq_33543634/article/details/81128096
