JVM之类加载器子系统

类加载器子系统

作用

1. 负责从文件系统或网络系统中加载class文件，class文件在开头有特殊的标记(魔术开头CA FE BA BE)
2. ClassLoader只负责加载class文件，至于能否运行，由执行引擎决定
3. 加载的类的信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中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（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）

类加载过程

加载

• 通过一个类的全限定类名获取定义此类的二进制字节流
• 将这个字节码所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据
• 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访问入口

链接

验证

• 目的在于确定class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，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，符号引用验证
• 文件格式验证主要验证魔术开头(CAFE BABE)，常量池中常量的类型、版本号等
• 元数据验证：这个类是否有父类，Object类除外，是否继承final类

准备

为类变量分配内存，并设置类变量初始值，基本类型为默认值，引用类型为null

这里不包含final修饰的static变量，因为final修饰的变量在编译的时候就会分配好默认值，准备阶段会显式初始化

准备阶段不会为实例化变量初始化，类变量分配在方法区中，实力变量分配在Java堆中

解析

将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程

事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行

符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。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。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

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT Class info、CONSTANT Fieldref info、CONSTANT Methodref info等

初始化

类的初始化时机

1、创建类的实例
2、访问某个类或者接口的静态变量，或者对该静态变量复制
3、调用类的静态方法
4、反射 Class.forName("com.chaoba.Test")
5、初始化一个类的子类
6、java虚拟机启动时被标记为启动的类
7、JDK7开始提供的动态语言支持：java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF_getStatic、REF putStatic、REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化
除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化，即不会执行初始化阶段（不会调用 clinit() 方法和 init() 方法）

• 初始化阶段就是执行类构造器()方法的过程
• 此方法不需要被定义，是javac编辑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
• ()不同于类的构造器（关联：构造器是虚拟机视角下的()）
• 若该类具有父类，则应该先执行父类的构造方法
• 虚拟机必须保证一个类的()在多线程环境下被同步加锁

类加载器的分类

引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）

• 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
• 没有继承自ClassLoader类，没有父加载器
• 加载扩展类和应用程序类加载器，并作为他们的父类加载器
• 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类

扩展加载器

• 父类为引导类加载器
• Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现
• 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录（扩展目录）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

应用加载器(系统加载器)

• 系统类加载器是全局唯一的
• Java语言编写，由sun.misc.LaunchersAppClassLoader实现
• 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应用的类都是由它来完成加载
• 通过classLoader.getSystemclassLoader()方法可以获取到该类加载器

自定义类加载器（User-Defined ClassLoader)

• 父类为应用加载器
• 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

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，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式

优势

• 避免类的重复加载
• 保护程序安全，防止核心API被随意篡改

沙箱安全机制

其他