還不知道Java類加載機制，你算白學(xué)了
1?前言
在Java的世界里，每一個類或者接口，在經(jīng)歷編譯器后，都會生成一個個.class文件。類加載機制指的是將這些.class文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，解析和初始化。最終，每一個類都會在方法區(qū)保存一份它的元數(shù)據(jù)，在堆中創(chuàng)建一個與之對應(yīng)的Class對象。類的生命周期，經(jīng)歷7個階段，分別是加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用、卸載。
除了使用和卸載兩個過程，前面的5個階段?加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化?的執(zhí)行過程，就是類的加載過程。
2?類加載的時機
很多數(shù)人在問?“類什么時候加載” 和 “類什么時候初始化” ，從語境上來說，都是在問同一個問題，就是這個.class文件什么時候被讀取到虛擬機的內(nèi)存中，并且達(dá)到可用的狀態(tài)。
但嚴(yán)格意義上來說，加載和初始化，是類生命周期的兩個階段。對于什么時候加載，Java虛擬機規(guī)范中并沒有約束，各個虛擬機都可以按自身需要來自由實現(xiàn)。但絕大多數(shù)情況下，都遵循“什么時候初始化”來進(jìn)行加載。
什么時候初始化？Java虛擬機規(guī)范有明確規(guī)定，當(dāng)符合以下條件時（包括但不限于），虛擬機內(nèi)存中沒有找到對應(yīng)類型信息，則必須對類進(jìn)行“初始化”操作：
1.使用new實例化對象時、讀取或者設(shè)置一個類的靜態(tài)字段或方法時
2.反射調(diào)用時，例如 Class.forName("com.xxx.TestDemo")
3.初始化一個類的子類，會首先初始化子類的父類
4.Java虛擬機啟動時標(biāo)明的啟動類
5.JDK8 之后，接口中存在default方法，這個接口的實現(xiàn)類初始化時，接口會其之前進(jìn)行初始化
初始化階段開始之前，自然還是要先經(jīng)歷加載、驗證、準(zhǔn)備 、解析的。
3 類的加載過程
從前言中，我們知道，類的加載過程分?5 個階段，其中驗證、準(zhǔn)備、解析?可以歸納為 “連接” 階段。
需要注意的是，這5個階段，并不是嚴(yán)格意義上的按順序完成，在類加載的過程中，這些階段會互相混合，交叉運行，最終完成類的加載和初始化。?
例如在加載階段，需要使用驗證的能力去校驗字節(jié)碼正確性。在解析階段，也要使用驗證的能力去校驗符號引用的正確性。或者加載階段生成Class對象的時候，需要解析階段符號引用轉(zhuǎn)直接引用的能力等等......
接下來，我們詳細(xì)分解一下，這5個階段，都做了什么事情。
1.加載
加載是類加載過程的第一個階段，在加載階段，虛擬機需要完成以下三件事情：
?通過一個類的全限定名去找到其對應(yīng)的.class文件
?將這個.class文件內(nèi)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀取出來，轉(zhuǎn)化成方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
?在Java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為對方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口
Java虛擬機并沒有規(guī)定類的字節(jié)流必從.class文件中加載，在加載階段，程序員可以通過自定義的類加載器，自行定義讀取的地方，例如通過網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等。
2.驗證
Class文件中的內(nèi)容是字節(jié)碼，這些內(nèi)容可以由任何途徑產(chǎn)出，驗證階段的目的是保證文件內(nèi)容里的字節(jié)流符合Java虛擬機規(guī)范，且這些內(nèi)容信息運行后不會危害虛擬機自身的安全。
驗證階段會完成以下校驗：
1.文件格式驗證：驗證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范。例如：是否以0xCAFEBABE開頭、主次版本號是否在當(dāng)前虛擬機的處理范圍之內(nèi)、常量池中的常量是否有不被支持的類型等等
2.元數(shù)據(jù)驗證：對字節(jié)碼描述的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行語義分析，要符合Java語言規(guī)范。例如：是否繼承了不允許被繼承的類（例如final修飾過的）、類中的字段、方法是否和父類產(chǎn)生矛盾
字節(jié)碼驗證：對類的方法體進(jìn)行校驗分析，確保這些方法在運行時是合法的、符合邏輯的。
符號引用驗證：發(fā)生在解析階段，符號引用轉(zhuǎn)為直接引用的時候，例如：確保符號引用的全限定名能找到對應(yīng)的類、符號引用中的類、字段、方法允許被當(dāng)前類所訪問。
驗證階段是非常重要的，但不是必須的，它對程序運行期沒有影響，如果所引用的類經(jīng)過反復(fù)驗證，那么可以考慮采用-Xverifynone參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗證措施，以縮短虛擬機類加載的時間。
驗證階段不是必須的，雖然這個階段非常重要。Java虛擬機允許程序員主動取消這個階段，用來縮短類加載的時間，可以根據(jù)自身需求，使用 -Xverify:none參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗證措施。
3.準(zhǔn)備
這個階段，類的靜態(tài)字段信息（即使用?static 修飾過的變量）會得到內(nèi)存分配，并且設(shè)置為初始值。
對于該階段有以下幾個知識點需要注意：
1、內(nèi)存分配僅包括 static 修飾過的變量，而不包括實例變量，實例變量得等到對象實例化時分配內(nèi)存。
2、初始值指的是變量數(shù)據(jù)類型的默認(rèn)值，而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值。但是，當(dāng)字段信息被 final 修飾成常量（ConstantValue）時，這個初始值就是Java代碼中顯式地賦予的值。
例如：public static int value = 3
類變量 value 在準(zhǔn)備階段設(shè)置的初始值是 0，不是 3。把value賦值為3的 putstatic 指令是在程序編譯后，存放于類構(gòu)造器 <clinit>() 方法中的，所以把 value 賦值為 3 的動作將在初始化階段才會執(zhí)行。
當(dāng)使用 final 修飾后：public static final int value = 3
類變量 value 在準(zhǔn)備階段設(shè)置的初始值是 3，不是 0。
3、在JDK8取消永久代后，方法區(qū)變成了一個邏輯上的區(qū)域，這些類變量的內(nèi)存實際上是分配在Java堆中的。
4.解析
這個階段，虛擬機會把這個Class文件中，常量池內(nèi)的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用。主要解析的是 類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄等符號引用。我們可以把解析階段中，符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過程，理解為當(dāng)前加載的這個類，和它所引用的類，正式進(jìn)行“連接“的過程。對于這段描述，很多人會問出下面幾個問題。
什么是符號引用？
Java代碼在編譯期間，是不知道最終引用的類型，具體指向內(nèi)存中哪個位置的，這時候會用一個符號引用，來表示具體引用的目標(biāo)是"誰"。Java虛擬機規(guī)范中明確定義了符號引用的形式，符合這個規(guī)范的前提下，符號引用可以是任意值，只要能通過這個值能定位到目標(biāo)。
什么是直接引用？
直接引用就是可以直接或間接指向目標(biāo)內(nèi)存位置的指針或句柄。
引用的類型，還未加載初始化怎么辦？
當(dāng)出現(xiàn)這種情況，會觸發(fā)這個引用對應(yīng)類型的加載和初始化。
5.初始化
這步類加載的最后一個步驟了，初始化的過程，就是執(zhí)行類構(gòu)造器 <clinit>()方法的過程。
當(dāng)初始化完成之后，類中static修飾的變量會賦予程序員實際定義的“值”，同時類中如果存在static代碼塊，也會執(zhí)行這個靜態(tài)代碼塊里面的代碼。
<clinit>() 方法的作用是什么？
還記得么？在準(zhǔn)備階段，已經(jīng)對類中static修飾的變量賦予了初始值。<clinit>() 方法的作用，就是給這些變量賦予程序員實際定義的“值”。同時類中如果存在static代碼塊，也會執(zhí)行這個靜態(tài)代碼塊里面的代碼。
<clinit>() 方法是什么？
<clinit>() 方法 和 <init> 方法是不同的，它們一個是“類構(gòu)造器”，一個是實例構(gòu)造器。Java虛擬機會保證子類<clinit>() 方法在執(zhí)行前，父類的 <clinit>() 已經(jīng)執(zhí)行完畢。而 <init> 方法則需要顯性的調(diào)用父類的構(gòu)造器。
<clinit>() 方法由編譯器自動生成，但不是必須生成的，只有這個類存在static修飾的變量，或者類中存在靜態(tài)代碼塊但時候，才會自動生成<clinit>()方法。
加載過程總結(jié)
當(dāng)一個符合Java虛擬機規(guī)范的字節(jié)流文件，經(jīng)歷 加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化這些階段相互協(xié)作執(zhí)行完成之后，加載階段讀取到的Class字節(jié)流信息，會按虛擬機規(guī)定的格式，在方法區(qū)保存一份，然后Java 堆中，會創(chuàng)建一個 java.lang.Class 類的對象，這個對象描述了這個類所有信息，也提供了這個類在方法區(qū)的訪問入口。?
方法區(qū)中，使用同一加載器的情況下，每個類只會有一份Class字節(jié)流信息;
Java堆中，使用同一加載器的情況下，每個類只會有一份 java.lang.Class 類的對象。
4 類加載器還記得在前面加載階段，通過類的全限定名，獲取該類字節(jié)流數(shù)據(jù)的這個動作么，類加載器就是用來實現(xiàn)這個動作的。當(dāng)年為了滿足瀏覽器上?Java Applet 的需求，Java的開發(fā)團(tuán)隊設(shè)計了類加載器，它獨立于Java虛擬機外部，允許程序員按自身需要自行實現(xiàn)類加載器。這是一項非常優(yōu)秀的創(chuàng)新，它讓同一個類可以實現(xiàn)訪問隔離、OSGi、程序熱部署等等。發(fā)展至今，類加載器已經(jīng)是Java技術(shù)體系的一塊重要基石。
三層類加載器介紹
啟動類加載器（Bootstrap Class Loader）：負(fù)責(zé)加載<JAVA_HOME>\lib 目錄，或者被 -Xbootclasspath 參數(shù)制定的路徑，例如 jre/lib/rt.jar 里所有的class文件。由C++實現(xiàn)，不是ClassLoader子類。
拓展類加載器（Extension Class Loader）：負(fù)責(zé)加載Java平臺中擴展功能的一些jar包，包括<JAVA_HOME>\lib\ext 目錄中 或 java.ext.dirs 指定目錄下的jar包。由Java代碼實現(xiàn)。
應(yīng)用程序類加載器（Application Class Loader）：我們自己開發(fā)的應(yīng)用程序，就是由它進(jìn)行加載的，負(fù)責(zé)加載ClassPath路徑下所有jar包。
雙親委派模型
高端的食材往往只需要最簡單的烹飪方式，而保證Java程序穩(wěn)定運行的雙親委派模式，其實也非常簡單：
雙親委派模式其實一句話就可以說清楚：任何一個類加載器在接到一個類的加載請求時，都會先讓其父類進(jìn)行加載，只有父類無法加載（或者沒有父類）的情況下，才嘗試自己加載。
ClassLoader 類中有示例，如下：
雙親委派模型好處
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在解答這個問題前，需要先了解一個知識點：不同的類加載器，加載同一個類，結(jié)果是虛擬機里會存在兩份這個類的信息，所以當(dāng)判斷這兩個類是否“相等”時，必定是不相等的。
使用雙親委派模式，可以保證，每一個類只會有一個類加載器。例如Java最基礎(chǔ)的Object類，它存放在 rt.jar 之中，這是 Bootstrap 的職責(zé)范圍，當(dāng)向上委派到 Bootstrap 時就會被加載。但如果沒有使用雙親委派模式，可以任由自定義加載器進(jìn)行加載的話，Java這些核心類的API就會被隨意篡改。
好了，Java類加載機制掌握這些就足夠了，再也不用怕面試官問到這類問題了，可以和他掰扯一下了，你們學(xué)會了嗎？
