【类加载子系统】

1. 内存结构

• Class 文件
• 类加载子系统
• 运行时数据区
  • 方法区
  • 堆
  • 程序计数器
  • 虚拟机栈
  • 本地方法栈
• 执行引擎
• 本地方法接口
• 本地方法库

2. 类加载器与类的加载过程

• 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载 Class 文件，class 文件在文件开头有特定的文件标识。
• ClassLoader 只负责 class 文件的加载，至于它是否可以运行，则由 Execution Engine 决定。
• 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是 Class 文件中常量池部分的内存映射）

类的加载过程：

1. 加载阶段
2. 链接阶段
3. 初始化阶段
   
   

加载阶段：

• 1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
• 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. 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

补充：加载 class 文件的方式

• 从本地系统中直接加载
• 通过网络获取，典型场景：Web Applet
• 从 zip压缩包中读取，成为日后 jar、war 格式的基础
• 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
• 由其他文件生成，典型场景：JSP 应用
• 从专有数据库中提取.class 文件，比较少见
• 从加密文件中获取，典型的防 Class 文件被反编译的保护措施

链接阶段：

• 验证（Verify）：
  • 目的在子确保 Class 文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
  • 主要包括四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证。
• 准备（Prepare）：
  • 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值。
  • 这里不包含用 final 修饰的 static，因为 final 在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；
  • 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到 Java 堆中。
• 解析（Resolve）：
  • 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
  • 事实上，解析操作往往会伴随着 JVM 在执行完初始化之后再执行。
  • 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。

初始化阶段:

• 初始化阶段就是执行类构造器方法()的过程。
• 此方法不需定义，是 javac 编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
• ()不同于类的构造器。（构造器是虚拟机视角下的()）
• 若该类具有父类，JVM 会保证子类的()执行前，父类的()已经执行完毕。
• 虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程下被同步加锁。

3. 类加载器分类

JVM 支持两种类型的类加载器 。分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）。
将所有派生于抽象类 ClassLoader 的类加载器都划分为自定义类加载器 （除了bootstrap都是）。

获取 ClassLoader 的途径：

4. 双亲委派机制

Java 虚拟机对 class 文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的 class 文件加载到内存生成 class 对象。而且加载某个类的 class 文件时，Java 虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式。

Java 虚拟机对 class 文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的 class 文件加载到内存生成 class 对象。而且加载某个类的 class 文件时，Java 虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式。

举例:
当我们加载 jdbc.jar 用于实现数据库连接的时候，首先我们需要知道的是 jdbc.jar 是基于 SPI 接口进行实现的，所以在加载的时候，会进行双亲委派，最终从根加载器中加载 SPI 核心类，然后在加载 SPI 接口类，接着在进行反向委派，通过线程上下文类加载器进行实现类 jdbc.jar 的加载。
优势

• 避免类的重复加载
• 保护程序安全，防止核心 API 被随意篡改
  • 自定义类：java.lang.String
  • 自定义类：java.lang.ShkStart（报错：阻止创建 java.lang 开头的类）

沙箱安全机制:
自定义 String 类，但是在加载自定义 String 类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载 jdk 自带的文件（rt.jar 包中 java\lang\String.class），报错信息说没有 main 方法，就是因为加载的是 rt.jar 包中的 string 类。这样可以保证对 java 核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

5. 其他

如何判断两个 class 对象是否相同？
满足两个条件：

• 类的完整类名必须一致，包括包名。
• 加载这个类的 ClassLoader（指 ClassLoader 实例对象）必须相同

换句话说，在 JVM 中，即使这两个类对象（class 对象）来源同一个 Class 文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的 ClassLoader 实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。
对类加载器的引用：
JVM 必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么 JVM 会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM 需要保证这两个类型的类加载器是相同的。
类的主动使用和被动使用：
主动使用，又分为七种情况：

• 创建类的实例

• 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（比如：Class.forName（“com.atguigu.Test”））

• 初始化一个类的子类

• Java 虚拟机启动时被标明为启动类的类

• JDK 7 开始提供的动态语言支持：

  java.lang.invoke.MethodHandle 实例的解析结果

  REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic 句柄对应的类没有初始化，则初始化

除了以上七种情况，其他使用 Java 类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。