[Java知识库]浅谈JVM——类加载机制

代码编译的结果从本地机器码转变为字节码，是存储格式发展的一小步，却是编程语言发展的一 大步。

类加载过程

加载——>>连接{验证、准备、解析}——>>初始化——>使用——>卸载

加载：
1）通过一个类的全限定名来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）在堆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

验证：
这一阶段的目的是确保Class文件的字节流中包含的信息符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求，保证这些信息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。

• 文件格式验证：如是否以魔数 0xCAFEBABE 开头、主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内、常量合理性验证等。

该验证阶段的主要目的是保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区之内，格式上符合描述一个Java类型信息的要求。这阶段的验证是基于二进制字节流进行的，只有通过了这个阶段的验证之后，这段字节流才被允许进入Java虚拟机内存的方法区中进行存储，所以后面的三个验证阶段全部是基于方法区的存储结构上进行的，不会再直接读取、操作字节流了

• 元数据验证：是否存在父类，父类的继承链是否正确，抽象类是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法，字段、方法是否与父类产生矛盾等。

第二阶段，主要目的是对类的元数据信息进行语义校验

• 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。例如保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上；保证方法体中的类型转换总是有效的。（最复杂）

• 符号引用验证：在解析阶段中发生，保证可以将符号引用转化为直接引用。

• 可以考虑使用 -Xverify:none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
准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段。

在JDK 8及之后，类变量则会随着Class对象一起存放在Java堆中，这时候“类变量在方法区”就完全是一种对逻辑概念的表述了

注意：

首先是这时候进行内存分配的 仅包括类变量，而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。
其 次是这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值

public static int value = 123;//准备阶段后初值是0，类的初始化阶段才是123

解析
解析阶段是Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

• 符号引用（Symbolic References）：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。引用的目标并不一定是已经加载到虚拟机内存当中的内容。
• 直接引用（Direct References）：直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局直接相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在虚拟机的内存中存在。

虚拟机实现可以对第一次解析的结果进行缓存，譬如在运行时直接引用常量池中的记录，并把常量标识为已解析状态，从而避免解析动作重复进行。符号引用之前解析过，那么后续的引用解析请求就应当一直能够成功

但对于invokedynamic指令并不成立，它对应的引用称为“动态调用点限定符（Dynamically-Computed Call Site Specifier）”，这里“动态”的含义是指必须等到程序实际运行到这条指令时，解析动作才能进行

• 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。

初始化
初始化阶段就是执行类构造器<clinit>()方法的过程
<clinit>() 方法是由编译器按语句在源文件中出现的顺序，依次自动收集类中的所有类变量（即静态变量，被static修饰的变量）的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（不包括构造器中的语句。构造器是初始化对象的，类加载完成后，创建对象时候将调用的 <init>() 方法来初始化对象）

静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问

根据该方法产生原因可知，如果一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。

<clinit>() 方法与类的构造函数区别：
它不需要显式地调用父类构造器，Java虚拟机会保证在子类的()方法执行前，父类的()方法已经执行完毕。因此在Java虚拟机中第一个被执行的()方法的类型肯定是java.lang.Object。

必须对类进行初始化情况：

1.遇到new、getstatic 和 putstatic 或 invokestatic
这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。对应场景是：使用 new 实例化对象、读取或设置一个类的静态字段（被final 修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）、以及调用一个类的静态方法。
2.对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
3. 当初始化类的父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。（而一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化）
4. 虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main() 方法的那个类）， 虚拟机会先初始化这个主类、
5. 当使用 JDK 1.7的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果
REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

参考：https://www.cnblogs.com/czwbig/p/11127222.html