JVM 类加载机制

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型。这就是虚拟机的类加载机制。

Class文件应当是一串二进制字节流，无论以何种形式存在都可以。

类的生命周期

• 类的生命周期：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载
• 类的加载：加载、验证、准备、解析、初始化
• 连接：验证、准备、解析

其中，加载、验证、准备、初始化、卸载这五个阶段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，这是为了支持Java语言的运行时绑定(也成为动态绑定或晚期绑定)。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，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。

加载

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:

• 通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流。
• 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。
• 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。

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。

连接

验证

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(确保被加载类的正确性)，并且不会危害虚拟机自身的安全。

验证阶段的动作：

• 文件格式的验证

  验证字节流是否符合Class文件格式的规范

• 元数据验证

  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；

• 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

  确保解析动作能正常运行

验证阶段是非必须的，对运行期没有影响。

可采用-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。

准备

为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。这些内存都将在方法区中分配

注意：

• 准备阶段仅仅类变量(static)进行内存分配，实例变量不分配，实例变量会在对象实例化时随对象一块分配在堆中。
• 类变量的初始值通常是数据类型默认的零值(0、0L、null、false等)

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，因为此时尚未开始执行任何Java方法，把value赋值为3的动作将在在程序编译后的初始化阶段才会执行。

解析

把类中符号引用转换为直接引用

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、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

• 符号引用 ：描述目标的一组符号，可以是任何字面量。

• 直接引用 ：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。

初始化

JVM负责对类进行初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值。

在加载阶段用户可以通过自定义类加载器参与，其余动作完全由虚拟机主导和控制，到初始化阶段才开始执行类中定义的Java代码(字节码)

初始化阶段是调用类构造器()方法的过程，虚拟机会保证这个类的构造方法的线程安全。

()方法：

• 该方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和**静态语言块(static{...})**中的语句合并而成的。
• 虚拟机会保证在子类的()方法方法执行之前，父类的()方法已经执行完毕。因此虚拟机中第一个被执行的()方法一定是java.lang.Object
• 父类的静态语言块要优于子类的变量赋值操作
• 接口中不能使用静态代码块，但仍然有变量初始化的赋值操作。执行接口的()方法不需要先执行父接口的()方法，只有当父接口中定义的变量使用的时候才会初始化父接口。接口的实现类在初始化时也不会执行接口的()方法
• 如果多个线程同时初始化一个类，那么只有一个线程会执行这个类的()方法，其他线程阻塞等待。

JVM初始化步骤

• 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
• 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
• 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

类初始化时机: 只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化，类的主动使用包括以下六种:

• 创建类的实例，也就是new的方式
• 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
• 调用类的静态方法
• 反射(如Class.forName("..."))
• 初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化
• Java虚拟机启动时被标明为启动类的类(Java Test)，直接使用java.exe命令来运行某个主类

使用

类访问方法区内的数据结构的接口， 对象是Heap区的数据。

卸载

结束生命周期的几种情况

• 执行了System.exit()方法
• 程序正常执行结束
• 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
• 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止