Java类的加载过程

Java从编码到执行大概流程如图：

类加载总体流程：

一、加载

加载是类加载过程中的一个阶段，这个阶段会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入口。注意这里不一定非得要从一个 Class 文件获取，这里既可以从 ZIP 包中读取（比如从 jar 包和 war 包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将 JSP 文件转换成对应的 Class 类）。

2、类加载器

虚拟机设计团队把加载动作放到 JVM 外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类，实现这个动作的代码模块称为”类加载器”，JVM 提供了 3 种类加载器：

①、启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)

负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，或通过-Xbootclasspath 参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如 rt.jar）的类。

②、扩展类加载器(Extension ClassLoader)

负责加载 JAVA_HOME\lib*.jar 目录中的，或通过 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库。

③、应用程序类加载器(Application ClassLoader)

负责加载用户路径（classpath）上的类库。
JVM 通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承 java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。

④、自定义类加载器（Custom ClassLoader）

应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如Tomcat、Jboss都会根据j2ee规范实现ClassLoader。
注意：这里容易误解，实际上不同类加载器本身不存在继承关系。

子加载器持有父加载器对象，会把类先传给父加载器加载，但是两者本身不存在继承关系。另外如果想打破双亲委派，可通过重写loadClass方法实现。

ClassLoader的findClass直接抛出异常，所以实现自定义类加载器，需要

• 继承ClassLoader
• 重写模板方法findClass -> 调用defineClass

如：

package com.mashibing.jvm.c2_classloader;

import com.mashibing.jvm.Hello;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;

public class T006_MSBClassLoader extends ClassLoader {

    @Override
    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        File f = new File("c:/test/", name.replace(".", "/").concat(".class"));
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(f);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int b = 0;

            while ((b=fis.read()) !=0) {
                baos.write(b);
            }

            byte[] bytes = baos.toByteArray();
            baos.close();
            fis.close();//可以写的更加严谨

            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return super.findClass(name); //throws ClassNotFoundException
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassLoader l = new T006_MSBClassLoader();
        Class clazz = l.loadClass("com.mashibing.jvm.Hello");
        Class clazz1 = l.loadClass("com.mashibing.jvm.Hello");

        System.out.println(clazz == clazz1);

        Hello h = (Hello)clazz.newInstance();
        h.m();

        System.out.println(l.getClass().getClassLoader());
        System.out.println(l.getParent());

        System.out.println(getSystemClassLoader());
        System.out.println(clazz.getClassLoader());
        System.out.println(getSystemClassLoader());
    }
}

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自定义类加载器加载自加密的class，可以防止反编译，防止篡改

package com.mashibing.jvm.c2_classloader;

import com.mashibing.jvm.Hello;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;

public class T007_MSBClassLoaderWithEncription extends ClassLoader {

    public static int seed = 0B10110110;

    @Override
    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        File f = new File("I:\\马士兵\\课程10 JVM调优第一版\\(剪) JVM调优第一版\\out\\production\\JVM\\", name.replace('.', '/').concat(".msbclass"));

        System.out.println("----------------");
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(f);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int b = 0;

            while ((b=fis.read()) !=0) {
                baos.write(b ^ seed);
            }

            byte[] bytes = baos.toByteArray();
            baos.close();
            fis.close();//可以写的更加严谨

            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return super.findClass(name); //throws ClassNotFoundException
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        encFile("com.mashibing.jvm.hello");

        ClassLoader l = new T007_MSBClassLoaderWithEncription();
        Class clazz = l.loadClass("com.mashibing.jvm.Hello");
        Hello h = (Hello)clazz.newInstance();
        h.m();

        System.out.println(l.getClass().getClassLoader());
        System.out.println(l.getParent());
    }

    private static void encFile(String name) throws Exception {
        File f = new File("I:\\马士兵\\课程10 JVM调优第一版\\(剪) JVM调优第一版\\out\\production\\JVM\\", name.replace('.', '/').concat(".class"));
        FileInputStream fis = new FileInputStream(f);
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File("I:\\马士兵\\课程10 JVM调优第一版\\(剪) JVM调优第一版\\out\\production\\JVM\\", name.replaceAll(".", "/").concat(".msbclass")));
        int b = 0;

        while((b = fis.read()) != -1) {
            fos.write(b ^ seed);
        }

        fis.close();
        fos.close();
    }
}

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3、双亲委派模型

当一个类收到了类加载请求，他首先不会尝试自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类去完成，每一个层次类加载器都是如此，因此所有的加载请求都应该传送到启动类加载其中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个请求的时候（在它的加载路径下没有找到所需加载的Class），子类加载器才会尝试自己去加载。

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一个 Object 对象。

二、连接

1、验证

这一阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
例如校验是否以cafe babe开头，每个位置代表什么含义也是规定好的

2、准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念，比如一个类变量定义为：

public static int v = 8080;
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实际上变量 v 在准备阶段过后的初始值为 0 而不是 8080，将 v 赋值为 8080 的 put static 指令是程序被编译后，存放于类构造器方法之中。
但是注意如果声明为

public static final int v = 8080;
1

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 8080。

3、解析/识别

解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是 class 文件中的：

1. CONSTANT_Class_info
2. CONSTANT_Field_info
3. CONSTANT_Method_info
   等类型的常量。

4、符号引用

符号引用与虚拟机实现的布局无关，引用的目标并不一定要已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中。

5、直接引用

直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。

三、初始化

初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的 Java 程序代码。

JVM规范并没有规定何时加载类，但是严格规定了什么时候必须初始化：

1. new getstatic putstatic invokestatic指令，访问final变量除外
2. java.lang.reflect对类进行反射调用时
3. 初始化子类的时候，父类首先初始化
4. 虚拟机启动时，被执行的主类必须初始化
5. 动态语言支持java.lang.invoke.MethodHandle解析的结果为REF_getstatic REF_putstatic REF_invokestatic的方法句柄时，该类必须初始化