类加载子系统

类加载子系统

类加载子系统的主要功能是将本地物理文件加载到内存中，其结构如下所示：

1、加载(Loading)

• 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制文件字节流。
• 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。
• 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。

　　1.1 类加载器的分类

　　　　JVM支持两种类型的加载器，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虚拟机规范没有这样定义，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。类加载器的主要作用就是将java运行所需要的文件整合起来加载到内存，因为java在运行的时候需要很多额外的class支撑。

　　1.1.1 引导类加载器(BootStap ClassLoader)

1. • 使用c/c++编写，嵌套在jvm内部
   • 主要加载java核心库，如sun.boot.class.path路径下的内容，用于提供jvm自身需要的类
   • 不继承java.lang.ClassLoader，没有父加载器
   • 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器
   • 处于安全考虑，只加载包为java、javax、sun等开头的包

　　1.1.2 扩展类加载器(Extension ClassLoader)

1. • java语言编写，由sun.misc.lanucher$ExtClassLoader实现
   • 派生于ClassLoader类
   • 父类加载器为引导类加载器
   • 从java.ext.dirs系统属性指定的目录加载，或.jre/lib/ext子目录

　　1.1.3 系统类加载器(System ClassLoader)

1. • 加载用户自己写的类

　　1.1.4 自定义类加载器(User Defined ClassLoader)

1. • 隔离加载类
   • 修改类加载方式
   • 扩展加载源
   • 防止源码泄露

　　1.2 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，也就是说当需要该类时才会将它的class文件加载到内存中生成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机制，即把请求交给父类去处理，父类能够处理就让父类处理，在父类处理不了以后，将任务交给子类，让子类尝试处理，直到任务处理。

　　　　1.2.1 双亲委派机制的优势

• • 避免类的重复加载
  • 保护程序的安全，防止核心api随意被修改

　　　　1.2.2 jvm判断两个class对象是否为同一个类生成的两个必要条件

• • 类的完整类名必须一致，包括包名
  • 加载这个类的ClassLoader(指ClassLoader实例对象)必须相同

　　　　另外，jvm必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载加载的，如果一个类型是由用户类加载器加载，那么jvm会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中，当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，jvm需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

2、链接(Linking)

　　2.1 验证(Verify)

• 目的在于确保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

　　2.2 准备(Prepare)

• 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值
• 这里不包括用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，而实例变量是会随着对象一起分配到java堆中

　　2.3 解析(Resolve)：

• 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

3、初始化(Initialization)

• 初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程
• 此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有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
• <clinit>()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的<init>()）
• 若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕
• 虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁

附：JVM学习目录