Jvm-类加载机制

 

在了解类加载机制前，我们要大概了解Jvm加载的是什么文件，里面包含了什么？

Class文件

一、概述

　　计算机只能识别0和1，所以大家写的代码都需要通过编译器，转换成0和1的计算机本地代码。Java文件通过编译器转换成class文件，JVM虚拟机加载CLASS，通过执行引擎解释CLASS格式指令执行。这样就完成了，我们所说的"Java一次编译，处处执行"。

二、Class组成

　　A、Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在Class文件之中，中间没有添加任何分隔符，这使得整个Class文件中存储的内容几乎全部是程序运行的必要数据，没有空隙存在。Class文件中只有2种数据结构：无符号数和表。

　　B、每个Class文件的头4个字节称为魔数（Magic Number），值为0xCAFEBABE。紧接着4个字节是Class文件的版本号。再往后，就是类的具体信息了，比如常量池、类索引、父类索引、接口索引、字段、方法等信息了。

　　如：

　　

 

Jvm类加载

一、什么是类的加载

　　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内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。

　　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。

 

　　

 

 

　　类从被加载到内存中开始，到卸载出去，经历了加载、连接、初始化、使用4个阶段，其中连接又包含验证、准备、解析三个步骤。但是Java语言本身支持运行时绑定，所以解析阶段也可以是在初始化之后进行的。以上顺序都只是说开始的顺序，实际过程中是交叉进行的，加载过程中可能就已经开始验证了。

 

　　类的加载时机

　　

 

针对于第1点的指令说明：

　　1、new一个对象

　　2、getstatic获取类的静态字段，将其值压入栈顶

　　3、putstatic 给类的静态字段赋值

　　4、调用一个类的静态方法

 

类的加载过程

　　1) 装载：

　　　　查找并加载类的二进制数据（查找和导入Class文件），加载是类加载过程的第一个阶段，

　　　　在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

 　　　　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Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对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（准确地说，是加载阶段获取类的二进制字节流的动作）是可控性最强的阶段，因为开发人员既可以使用系统提供的类加载器来完成加载，也可以自定义自己的类加载器来完成加载。

　　　　加载阶段完成后，虚拟机外部的 二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中，而且在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象，这样便可以通过该对象访问方法区中的这些数据。

 

　　2) 链接（分3个步骤）

　　1、验证：确保被加载的类的正确性

　　验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

　　验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：

　　　　文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。

　　　　元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如：这个类是否有父类，除了java.lang.Object之外。

　　　　字节码验证：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。

　　　　符号引用验证：确保解析动作能正确执行。

　　验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。


　　2、准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值

　　准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：

　　　　1、这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。
　　　　2、这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。
　　　　假设一个类变量的定义为：public static int value = 3； 那么变量value在准备阶段过后的初始值为0，而不是3，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为3的putstatic指令是在程序编译后，存放于类构造器<clinit>（）方法之中的，

　　　　所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。

　　3、解析：把类中的符号引用转换为直接引用

　　解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用限定符7类符号引用进行。符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。
　　直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
　　

　　3) 初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作

　　初始化，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：

　　①声明类变量是指定初始值。

　　②使用静态代码块为类变量指定初始值。

 

加载器 

　　1）Bootstrap ClassLoader 负责加载$JAVA_HOME中 jre/lib/rt.jar 里所有的class或Xbootclassoath选项指定的jar包。由C++实现，不是ClassLoader子类。
　　2）Extension ClassLoader 负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar 或 -Djava.ext.dirs指定目录下的jar包。
　　3）App ClassLoader 负责加载classpath中指定的jar包及 Djava.class.path 所指定目录下的类和jar包。
　　4）Custom ClassLoader 通过java.lang.ClassLoader的子类自定义加载class，属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader。

　　加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载，就视为已加载此类，保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。
　　

      我们来看一下ClassLoader源码：

　　

 

 　　结束生命周期

　　　　在如下几种情况下，Java虚拟机将结束生命周期

　　　　1、执行了System.exit()方法

　　　　2、程序正常执行结束

　　　　3、程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止

　　　　4、由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止