8 类加载机制（个人理解，若有不足，敬请指出）
作者：互联网
类加载机制
在了解类加载机制前了解一下class结构， 浅显易懂，我这么蠢的都能看懂：https://blog.csdn.net/u010349169/column/info/jvm-principle
1-类加载的时机
类加载就是把类的class文件加载到运行时数据区并对数据存放等一系列操作，那么类加载时间又是何时呢？在类的生命周期中（加载、连接包括【验证，准备，解析：因为动态绑定的因素可以在初始化后运行】，初始化，使用，卸载），Java虚拟机并未明确规定类加载的时机，虚拟机自由把握，但是初始化时机有5种明确规定，而加载肯定是在初始化之前，我们因此通过初始化时机来描述类加载时机。
1：new，getstatic，pubstatic，invokestatic4条指令时，如果类没有初始化，则进行初始化。
四条指令分别代表创建对象实例，获取和设置静态字段，调用静态方法。
2：使用Java.lang.reflect包下的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有初始化，则进行初始化。
3：当初始化一个类时，他的父类还未初始化，则先初始化他的父类。
4：当虚拟机启动时，虚拟机会初始化包含main方法的那个类。
5：当前使用动态语言支持时，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，则需要先触发初始化。
类的初始化时机“有且只有”以上五种，而五种能触发类进行初始化的引用我们称之为——主动引用。而无法触发类进行初始化的引用我们称之为——被动引用。如：1子类引用父类的静态字段，子类是不会触发初始化的，当然父类会初始化调用了他的静态字段满足条件1。；2通过数组定义引用类是不会触发类的初始化的，但是他会有虚拟机自动生成一个"数组类"并触发其初始化；3对于常量的调用并不会触发器初始化，因为常量在编译阶段就会放入引用类的常量池中，所以可以理解为是对自身常量池的引用。
类的初始化和接口初始化的区别：二者的区别在第三点上，类是有父类就初始化，而接口则要求真正使用到了父接口才能初始化。
2-类加载过程
类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。在这五个阶段中，加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也成为动态绑定或晚期绑定）。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。
2.1加载
类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中（这里可以通过多种方式获取二进制数据，比如zip包，数据库，网络上。。。），将其放在运行时数据区的方法区内，然后在内存中创建一个 java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构，而这个对象就是程序访问方法区这些数据结构的一个外部接口。
类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它，JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误（LinkageError错误）如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。
加载class文件的方式：
从本地系统中直接加载
通过网络下载.class文件
从zip，jar等归档文件中加载.class文件
从专有数据库中提取.class文件
将Java源文件动态编译为.class文件
2.2验证
验证是连接阶段的第一步，由于class并不全是由Java源码编译（源码编译时，不符合语义的会编译时报错不通过）过来的，所以可能会出现语义上的错误，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：
文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范。
例如：
是否有不被支持的类型是否以魔数0xCAFEBABE开头
主次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内
常量池的常量是否有不被支持的类型 (检查常量tag标志)
指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量
CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UTF8编码的数据
Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或者附加的其他信息
…
元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；
例如：
该类是否有父类（只有Object对象没有父类，其余都有）
该类是否继承了不允许被继承的类（被final修饰的类）
如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法、
类中的字段、方法是否与父类产生矛盾（例如覆盖了父类的final字段，出现不符合规则的方法重载，例如方法参数都一致，但是返回值类型却不同）
…
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。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后，字节码验证将对类的方法体进行校验分析，保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件。
列如：
保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作，例如不会出现类似的情况：操作数栈里的一个int数据，但是使用时却当做long类型加载到本地变量中
保证跳转不会跳到方法体以外的字节码指令上
保证方法体内的类型转换是合法的。例如子类赋值给父类是合法的，但是父类赋值给子类或者其它毫无继承关系的类型，则是不合法的。
符号引用验证：确保解析动作能正确执行。这一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段解析阶段发生。符号引用是对类自身以外（常量池中的各种符号引用）的信息进行匹配校验。
通常有：
符号引用中通过字符串描述的全限定名是否找到对应的类
在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段
符号引用中的类、方法、字段的访问性（private,public,protected、default）是否可被当前类访问
符号引用验证的目的是确保解析动作能够正常执行，如果无法通过符号引用验证，那么将会抛出一个java.lang.IncompatibleClassChangeError异常的子类，如java.lang.IllegalAccessError、java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchMethodError等。
验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用 -Xverifynone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。
2.3准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：
1、这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。
2、这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。
假设一个类变量的定义为： public static int value=3；
那么变量value在准备阶段过后的初始值为0，而不是3，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为3的 publicstatic指令是在程序编译后，存放于类构造器 （）方法之中的，所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。
这里还需要注意如下几点：
对基本数据类型来说，对于类变量（static）和全局变量，如果不显式地对其赋值而直接使用，则系统会为其赋予默认的零值，而对于局部变量来说，在使用前必须显式地为其赋值，否则编译时不通过。
对于同时被static和final修饰的常量，必须在声明的时候就为其显式地赋值，否则编译时不通过；而只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值，也可以在类初始化时显式地为其赋值，总之，在使用前必须为其显式地赋值，系统不会为其赋予默认零值。
对于引用数据类型reference来说，如数组引用、对象引用等，如果没有对其进行显式地赋值而直接使用，系统都会为其赋予默认的零值，即null。
如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值，那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认的零值。
3、如果类字段的字段属性表中存在 ConstantValue属性，即同时被final和static修饰，那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstValue属性所指定的值。
假设上面的类变量value被定义为： publicstaticfinalintvalue=3；
编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据 ConstantValue的设置将value赋值为3。我们可以理解为static final常量在编译期就将其结果放入了调用它的类的常量池中
2.4-解析
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，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。符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
2.5-初始化
在准备阶段，变量都被赋予了初始值，但是到了初始化阶段，所有变量还要按照用户编写的代码重新初始化。换一个角度，初始化阶段是执行类构造器()方法的过程。
()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块(static语句块)中的语句合并生成的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的，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中可以赋值，但是不能访问。
public class Test {
static {
i=0; //可以赋值
System.out.print(i); //编译器会提示“非法向前引用”
}
static int i=1;
}
()方法与类的构造函数()方法不同，它不需要显示地调用父类构造器，虚拟机会宝成在子类的()方法执行之前，父类的()已经执行完毕，因此在虚拟机中第一个被执行的()一定是java.lang.Object的，也是由于()执行的顺序，所以父类中的静态语句块优于子类的变量赋值操作。
()方法对于类来说不是必须的，如果一个类中既没有静态语句块也没有静态变量赋值动作，那么编译器都不会为类生成()方法。
接口中不能使用静态语句块，但是允许有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成()方法，但是接口中的()不需要先执行父类的，只有当父类中定义的变量使用时，父接口才会初始化。除此之外，接口的实现类在初始化时也不会执行接口的()方法。
虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中能被正确的加锁、同步。如果多个线程初始化一个类，那么只有一个线程会去执行()方法，其它线程都需要等待。
3-类加载器
站在Java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：启动类加载器：它使用C++实现，是虚拟机自身的一部分；所有其它的类加载器：这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机之外，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader，这些类加载器需要由启动类加载器加载到内存中之后才能去加载其他的类。
站在Java开发人员的角度来看，类加载器可以大致划分为以下三类：
启动类加载器： BootstrapClassLoader，负责加载存放在 JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被 -Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar，所有的java.开头的类均被 BootstrapClassLoader加载）。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。
扩展类加载器： ExtensionClassLoader，该加载器由 sun.misc.LauncherKaTeX parse error: Expected 'EOF', got '\jre' at position 27: …der实现，它负责加载 JDK\̲j̲r̲e̲\lib\ext目录中，或者由…AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，我们还可以加入自定义的类加载器。因为JVM自带的ClassLoader只是懂得从本地文件系统加载标准的java class文件，因此如果编写了自己的ClassLoader，便可以做到动态地创建符合用户特定需要的定制化构建类;从特定的场所取得java class，例如数据库中和网络中。
JVM类加载机制注意事项：
全盘负责，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入
父类委托，先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类
缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效
双亲委派模式：
双亲委派模型的工作流程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上，因此，所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时，即无法完成该加载，子加载器才会尝试自己去加载该类。
1、当 AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
2、当 ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader```去完成。
3、如果 BootStrapClassLoader加载失败（例如在 $JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用 ExtClassLoader来尝试加载；
4、若ExtClassLoader也加载失败，则会使用 AppClassLoader来加载，如果 AppClassLoader也加载失败，则会报出异常 ClassNotFoundException。
ClassLoader源码分析：
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
return loadClass(name, false)
}
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// 首先判断该类型是否已经被加载
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
//如果没有被加载，就委托给父类加载或者委派给启动类加载器加载
try {
if (parent != null) {
//如果存在父类加载器，就委派给父类加载器加载
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//如果不存在父类加载器，就检查是否是由启动类加载器加载的类，通过调用本地方法native Class findBootstrapClass(String name)
c = findBootstrapClass0(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// 如果父类加载器和启动类加载器都不能完成加载任务，才调用自身的加载功能
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
自定义类加载器：
通常情况下，我们都是直接使用系统类加载器。但是，有的时候，我们也需要自定义类加载器。比如应用是通过网络来传输 Java类的字节码，为保证安全性，这些字节码经过了加密处理，这时系统类加载器就无法对其进行加载，这样则需要自定义类加载器来实现。自定义类加载器一般都是继承自 ClassLoader类，并且对 loadClass方法来分析来看，我们只需要重写 findClass或者loadclass 方法即可，二者区别是前者是保持双亲委托模式，后者可以破坏他的双亲委托模式。
关于自定义类加载器下面这篇文章写的很多，我又懒了，不想写。
标签：初始化,若有,虚拟机,敬请,引用,父类,方法,加载 来源： https://blog.csdn.net/weixin_38287519/article/details/99087062