JVM(一)类加载器与类加载过程

JVM是面试必面的一个知识点，也是高级程序员必备的一个技能。以下是JVM整体核心内容，包括类加载系统，运行时数据区内部结构，执行引擎，本地方法接口。

首先来学习类的加载器，虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的加载机制。

类加载器子系统如下图所示：

• 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件再文件开头有特定的文件标识。

• ClassLoader只负责class文件的加载，至于是否可以运行，则由ExecutionEngine决定。

• 记载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间，除了类的信息外，方法区还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量。

一、类加载过程

类加载过程分为加载，链接（验证、准备、解析），初始化三个过程：

加载：

1. 通过一个类的全限定名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：

目的是为了确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机的要求，保证加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。

主要包括四种验证：文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符符号引用验证。

准备：

• 为类变量分配内存并设置类变量初始值，即零值。

• 这里不包含用final修饰的static,因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显示的初始化。

• 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量会随着对象一起分配到Java堆中。

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。

事实上，解析操作往往伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。

初始化：

• 初始化阶段就是执行类构造器方法<Clint>()的过程。

• 此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。

• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。

• <clint>不同于类的构造器

• 若该类具有父类，JVM会保证子类的<clint> 执行前，父类的已经执行完毕。

• 虚拟机必须保证一个类的<clint>方法在多线程中被同步加锁。

二、类加载器

JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）

从概念上来讲,自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器

引导类加载器是C++语言写的，而自定义类加载器是Java语言写的。

绝大部分Java程序都会使用到以下3种系统提供的类加载器。

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

• 这个类加载使用c/c++语言编写，嵌套在JVM内部。

• 它用来加载Java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar,resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类。

• 并不继承自java.lang.ClassLoader,没有父记载器。

• 加载扩展类和应用程序类加载器，并制定为他们的父类加载器。

• 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器指加载包名为java、javax、sun等开头的类。

扩展类记载器（Extension classLoader）

• Java语言编写,由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。

• 派生于ClassLoader类

• 父类加载器为启动类加载器。

• 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录jre/lib/ext子目录下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。

应用程序类加载器（AppClassLoader）

• Java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。

• 派生于ClassLoader类

• 父类加载器为扩展类加载器。

• 它负责加载环境变量classpath或系统属性，java.class.path指定路径下的类库。

• 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说,java的应用类都是有它来完成加载。

• 通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器。

三、双亲委派机制

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时，java虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由给父类处理，它是一种任务委派模式。

工作原理：

1. 1.如果一个类加载器收到类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的记载器去执行；

2. 2.如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器。

3. 3.如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

优势：

• 避免类重复加载。

• 保护程序安全，防止核心API被随意篡改。