Java虚拟机类加载机制

概述

　　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，这就是虚拟机的类加载机制。

　　与那些在编译时需要进行连接工作的语言不同，在Java语言里面，类型的加载、连接和初始化过程都在程序运行期间完成的，这种策略虽然会稍微增加一些系统性能开销，但是会为Java应用程序提供高度的灵活性，而Java在运行时期动态加载和动态连接这个两个

　　特点正式Java可以动态拓展的特性。

　　我们可以通过Java预定义的和自定义类加载器，让一个存在的本地程序在运行时从网络或者其他地方加载一个二进制流作为程序的一部分，例如最基础的Applet、JSP、OSGI技术等，都是利用了Java语言运行期类加载的特性。

类加载的时机

　　类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）、和卸载（Unloading）7个阶段。

　　其中验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking）。

　　加载、验证、准备、初始化、和卸载这个5个阶段的顺序时确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班的开始，而解析阶段则不一定，通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段，在某些情况下可以在初始化之后再解析，这是为了支持Java

　　语言的运行时绑定（也叫动态绑定或者晚期绑定）。

　　Java虚拟机并没有强制约束何时开始加载，但是对于一下5中情况必须对类进行初始化有强制规定。

1. 遇到new、getstatic、putstatic、和invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。而生存这四条指令最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译器就把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
2. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发初始化
3. 当初始化一个类的时候，如果发现它的父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化
4. 当虚拟机启动的时候，用户需要指定一个要执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类
5. 当使用jdk1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后解析的结果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，则需要先触发其初始化

　　对于这5种会触发类进行初始化的场景，可以称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

　　实例代码

　　

public class SuperClass {
        
    static {
        System.out.println("SuperClass init!");
    }
    
    public static int value = 123;    
}


public class SubClass extends SuperClass {
        
    static {
        System.out.println("SubClass init!");
    }
}

public class TestMain {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SubClass.value);
    }

}

运行结果
SuperClass init!
123

为什么只会输出SuperClass init! 而不会输出SubClass init!。因为对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类种定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。对于Sun HotSpot虚拟机来说，可以通过-XX:+TraceClassLoading参数观察到此操作会导致子类的加载。

例子二

public class TestMain {

    public static void main(String[] args) {
        //System.out.println(SubClass.value);
        SuperClass [] scaClasses = new SuperClass[10];
    }

}

运行结果：无

为什么没有输出SuperClass init!呢，说明并没有触发SuperClass的初始化阶段。

类加载的过程

1. 通过一个类的全限定名来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. 在内存种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。