Java虚拟机二三事：虚拟机类加载机制

概述

虚拟机把Class文件加载到内存，经过校验、解析和初始化，最终转换成虚拟机可以使用的Java类型，这就是Java的虚拟机类加载机制。
总体流程如图

一、加载

触发加载的时机

如果类没有初始化，那么以下几种方式会触发类的加载

• 当调用以下字节码指令
  • 使用new初始化对象
  • 访问类的static变量、static方法
• 反射访问类
• 触发了子类的初始化，先从父类开始初始化
• 虚拟机启动时需要执行的主类，也就是包含main函数的类
• 使用MethodHandler

这里有两个注意的点

1. 通过数组定义来使用类，不会触发类的加载
2. 尽量把固定的int值定位staic final常量，也不会触发类的加载（这是因为在编译阶段，对static final常量进行了优化，都放在常量池中，所以实际上触发的是对常量池的调用）

SubClass[] classArray = new SubClass[10];

public static final String value = "SubClass value";
1
2
3

还有一点，子接口的初始化不会影响父接口，只有用到父接口，比如父接口中定义的常量，才会触发父接口的初始化

加载

通过类的全限定名获取这个类的二进制字节流，在内存中生成代表这个类的class对象

• 加载阶段可以用系统的类加载器，也可以用自定义的类加载器
• 数组不通过类加载创建，而是虚拟机直接创建，但是数组的元素类型最终还是要通过类加载器去加载

二、验证

验证class字节流是否合法。
因为class字节流不一定是java源码编译而来，所以虚拟机需要保证class合法的，不会对载入了错误的字节流导致崩溃

• 文件格式验证：文件头是否合法
• 元数据验证：是否有父类，是否父类是不允许被继承的
• 字节码验证：语义合法
• 符号引用验证：当要把符号引用转换为直接饮用的时候，通过类中的权限定名是否能找到对应的类

三、准备

为类变量准备内存。
设置static变量的初始值，但跟真正的初始化有区别，此处只是赋一个默认值

public static int value = 123;
1

比如这种，会赋0。但是如果是这种，就会直接赋值

public static final int value = 123;
1

四、解析

将符号引用转换为直接引用。
符号引用：一组用来描述目标的符号，只要使用时能定位到目标即可
直接引用：直接指向目标的指针或句柄
解析内容

• 类或接口的解析
• 类或接口的字段、方法解析

五、初始化

调用cinit方法，进行变量的初始化。
cinit方法是编译器收集的所有变量赋值操作和static代码块合并而成，顺序是按源文件中的顺序决定的

• 先执行父类的cinit，然后在执行子类的
• 这就意味着父类是static代码块优于子类执行

虚拟机会保证多线程环境下的cinit方法的执行，多个线程访问，只有一个线程可以调用cinit方法，这就是内部类实现单例的原理

类加载器

使用与卸载就不多说了，当虚拟机发现没有对该类型的引用的时候，会触发类的卸载
什么是类加载器？通过一个类的全限定名来获取这个类的二进制流，放到java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去加载这个类

类与类加载器

比较两个类是否相等，只有判断两个类，只有判断在同一个类加载器下才有意义，即使是同一个class对象，用不同的类加载器加载，那么这个类 必不相等

双亲委派模型

启动类加载器：JAVA_HOME\lib类库加载到虚拟机内存中
扩展类加载器：JAVA_HOME\lib\ext 目录中
应用程序类加载器：系统类加载器，加载用户类路径上所制定的类库。默认类加载器

1. 如果一个类加载器收到了加载类的请求，都是先交给父类加载，每一层都是如此
2. 只有父加载器反馈无法加载，子类加载器才会尝试加载
   这样的好处是，有优先级的层次关系，比如object，哪个类加载器都要加载，最终委派给顶层

破坏双亲委派模型

重写loadclass方法，特殊的类自己处理，其他的调用super方法

参考

《深入理解JAVA虚拟机》