類加載機(jī)制

java類從被加載到JVM到卸載出JVM，整個(gè)生命周期包括：加載(Loading)、驗(yàn)證(Verification)、準(zhǔn)備(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(using)、和卸載(Unloading)七個(gè)階段。

其中驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析三個(gè)部分統(tǒng)稱為連接(Linking)。

1、加載

加載指的是將類的.class文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對(duì)象，用來(lái)封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

類的加載通過(guò)JVM提供的類加載器完成，類加載器是程序運(yùn)行的基礎(chǔ)。程序在啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì)一次性加載程序所要用到的所有class文件，而是根據(jù)需要，通過(guò)java的類加載器機(jī)制(classLoader)來(lái)動(dòng)態(tài)加載某個(gè)class文件到內(nèi)存中。

jvm在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生三個(gè)classLoader:

啟動(dòng)類加載器(BootStrap ClassLoader)：是java類加載層次中最頂層的類加載器，負(fù)責(zé)加載jdk中的核心類庫(kù)。由C++實(shí)現(xiàn)，不是classLoader的子類。

擴(kuò)展類加載器(Extension ClassLoader)：負(fù)責(zé)加載java的擴(kuò)展類庫(kù)，比如lib/ext或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性指定的目錄中的jar包。父類加載器為null。

系統(tǒng)類加載器(App ClassLoader)：負(fù)責(zé)加載來(lái)自java命令的-classpath選項(xiàng)、java.class.path系統(tǒng)屬性所指定的jar包和類路徑。程序可以通過(guò)classLoader的靜態(tài)方法getSystemClassLoader()，來(lái)獲取系統(tǒng)類加載器。由java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，父類加載器為ExtClassLoader。

除了java默認(rèn)提供的這三個(gè)classLoader之外，用戶可以根據(jù)需要定義自己的classLoader，這些自定義的classLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類。

通過(guò)使用不同的類加載器，可以從不同來(lái)源加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。通常有如下幾種情況：

從本地文件系統(tǒng)加載class文件，這是絕大部分實(shí)例程序的類加載方式。從jar包加載class類，這種方式也很常見(jiàn)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)加載class類把一個(gè)java源文件動(dòng)態(tài)編譯，并執(zhí)行加載，比如jsp。

2、連接

當(dāng)類被加載之后，系統(tǒng)為之生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的class對(duì)象，接著進(jìn)入連接階段(驗(yàn)證-準(zhǔn)備-解析)，連接階段負(fù)責(zé)把類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)合并到j(luò)re中。

驗(yàn)證：用于檢測(cè)被加載的類是否有正確的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并和其他類協(xié)調(diào)一致。

包括四種驗(yàn)證：文件格式驗(yàn)證、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證、字節(jié)驗(yàn)證和符號(hào)引用驗(yàn)證。準(zhǔn)備：負(fù)責(zé)為類變量分配內(nèi)存，并設(shè)置默認(rèn)初始值。

解析：將類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的變量進(jìn)行符號(hào)引用替換成直接引用。

3、初始化

在初始化階段，主要為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值。其實(shí)就是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>()方法的過(guò)程。

在java類中對(duì)類變量指定初始值有兩種方式：a.聲明類變量時(shí)指定初始值；b.使用靜態(tài)初始化塊為類變量指定初始值。

jvm初始化一個(gè)類包含如下步驟：

加載并連接該類先初始化其直接父類依次執(zhí)行初始化語(yǔ)句當(dāng)執(zhí)行第2步時(shí)，系統(tǒng)對(duì)直接父類的初始化也遵循1~3，以此類推。

當(dāng)一個(gè)類被主動(dòng)引用后會(huì)觸發(fā)初始化過(guò)程：

遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這4條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。

生成這4條指令最常見(jiàn)的Java代碼場(chǎng)景是：使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對(duì)象時(shí)、讀取或者設(shè)置一個(gè)類的靜態(tài)字段（被final修飾、已在編譯器把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外）時(shí)、以及調(diào)用一個(gè)類的靜態(tài)方法的時(shí)候。

使用java.lang.reflect包的方法對(duì)類進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候，如果類沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。

當(dāng)初始化一個(gè)類的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化，則需要觸發(fā)父類的初始化。當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶需要指定一個(gè)執(zhí)行的主類（包含main()方法的類），虛擬機(jī)會(huì)先初始化這個(gè)類。

當(dāng)使用jdk7+的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言支持時(shí)，如果java.lang.invoke.MethodHandle實(shí)例最后的解析結(jié)果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個(gè)方法句柄所對(duì)應(yīng)的類沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化，則需要先觸發(fā)器 初始化。

當(dāng)一個(gè)類如果是被動(dòng)引用的話，不會(huì)觸發(fā)初始化過(guò)程：

通過(guò)子類引用父類的靜態(tài)字段，不會(huì)導(dǎo)致子類初始化。對(duì)于靜態(tài)字段，只有直接定義該字段的類才會(huì)被初始化，因此當(dāng)我們通過(guò)子類來(lái)引用父類中定義的靜態(tài)字段時(shí)，只會(huì)觸發(fā)父類的初始化，而不會(huì)觸發(fā)子類的初始化。

通過(guò)數(shù)組定義來(lái)引用類，不會(huì)觸發(fā)此類的初始化。

常量在編譯階段會(huì)存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上沒(méi)有直接引用到定義常量的類，因此不會(huì)觸發(fā)定義常量的類的初始化。

4、使用

(略)

5、卸載

如果出現(xiàn)下面的情況，類就會(huì)被卸載：

該類所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，也就是java堆中不存在該類的任何實(shí)例。加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收。

該類對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有任何地方被引用，無(wú)法在任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類的方法。

如果以上三個(gè)條件全部滿足，jvm就會(huì)在方法區(qū)垃圾回收的時(shí)候?qū)︻愡M(jìn)行卸載，類的卸載過(guò)程其實(shí)就是在方法區(qū)中清空類信息，java類的整個(gè)生命周期就結(jié)束了。

類加載器

類加載器負(fù)責(zé)加載所有的類。其為所有被載入內(nèi)存中的類生成一個(gè)java.lang.Class實(shí)例對(duì)象。一旦一個(gè)類被加載如JVM中，同一個(gè)類就不會(huì)被再次載入了。

正如一個(gè)對(duì)象有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)一樣，一個(gè)載入JVM的類也有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)。

在Java中，一個(gè)類用其全限定類名(包括包名和類名)作為標(biāo)識(shí)；但在JVM中，一個(gè)類用其全限定類名和其類加載器作為其唯一標(biāo)識(shí)。

例如，如果在pg的包中有一個(gè)名為Person的類，被類加載器ClassLoader的實(shí)例kl負(fù)責(zé)加載，則該P(yáng)erson類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象在JVM中表示為(Person.pg.kl)。

這意味著兩個(gè)類加載器加載的同名類：(Person.pg.kl)和(Person.pg.kl2)是不同的、它們所加載的類也是完全不同、互不兼容的。

前面我們已經(jīng)介紹了java中的幾種類加載器，下面我們用一張圖展示他們的層次關(guān)系：

類加載步驟

類加載器加載class大致需要如下8個(gè)步驟：

檢測(cè)此Class是否載入過(guò)，即在緩沖區(qū)中是否有此Class，如果有直接進(jìn)入第8步，否則進(jìn)入第2步。

如果沒(méi)有父類加載器，則要么Parent是根類加載器，要么本身就是根類加載器，則跳到第4步，如果父類加載器存在，則進(jìn)入第3步。

請(qǐng)求使用父類加載器去載入目標(biāo)類，如果載入成功則跳至第8步，否則接著執(zhí)行第5步。

請(qǐng)求使用根類加載器去載入目標(biāo)類，如果載入成功則跳至第8步，否則跳至第7步。

當(dāng)前類加載器嘗試尋找Class文件，如果找到則執(zhí)行第6步，如果找不到則執(zhí)行第7步。

從文件中載入Class，成功后跳至第8步。

拋出ClassNotFountException異常。返回對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象。

類加載機(jī)制

全盤負(fù)責(zé)：當(dāng)一個(gè)類加載器負(fù)責(zé)加載某個(gè)Class時(shí)，該Class所依賴和引用其他Class也將由該類加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個(gè)類加載器來(lái)載入。

雙親委派：先讓父類加載器試圖加載該Class，只有在父類加載器無(wú)法加載該類時(shí)才嘗試從自己的類路徑中加載該類。

通俗的講，就是某個(gè)特定的類加載器在接到加載類的請(qǐng)求時(shí)，首先將加載任務(wù)委托給父加載器，依次遞歸，如果父加載器可以完成類加載任務(wù)，就成功返回；只有父加載器無(wú)法完成此加載任務(wù)時(shí)，才自己去加載。

緩存機(jī)制：保證所有加載過(guò)的Class都會(huì)被緩存，當(dāng)程序中需要使用某個(gè)Class時(shí)，類加載器先從緩存區(qū)中搜尋該Class，只有當(dāng)緩存區(qū)中不存在該Class對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)讀取該類對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成Class對(duì)象，存入緩沖區(qū)中。

這就是為很么修改了Class后，必須重新啟動(dòng)JVM，程序所做的修改才會(huì)生效的原因。

自定義的類加載器

jvm除跟類加載器之外的所有類加載器都是ClassLoader子類的實(shí)例，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)拓展ClassLoader的子類，并重寫該ClassLoader所包含的方法實(shí)現(xiàn)自定義的類加載器。

ClassLoader有如下兩個(gè)關(guān)鍵方法：

loadClass(String name,boolean resolve)：該方法為ClassLoader的入口點(diǎn)，根據(jù)指定名稱來(lái)加載類，系統(tǒng)就是調(diào)用ClassLoader的該方法來(lái)獲取指定類的class對(duì)象。

findClass(String name)：根據(jù)指定名稱來(lái)查找類如果需要實(shí)現(xiàn)自定義的ClassLoader,則可以通過(guò)重寫以上兩個(gè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常推薦重寫findClass()方法而不是loadClass()方法。

classLoader()方法的執(zhí)行步驟：

1)findLoadedClass():來(lái)檢查是否加載類，如果加載直接返回；

2)父類加載器上調(diào)用loadClass()方法。如果父類加載器為null，則使用跟類加載器加載；

3)調(diào)用findClass(String)方法查找類。從這邊可以看出，重寫findClass()方法可以避免覆蓋默認(rèn)類加載器的父類委托，緩沖機(jī)制兩種策略；如果重寫loadClass()方法，則實(shí)現(xiàn)邏輯更為復(fù)雜。

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持好吧啦網(wǎng)。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教。