JVM 学习笔记一 ：JVM类加载机制

前言：

最近在看JVM相关资料，这里记录下学习笔记，希望自己能坚持学完，打牢基础。

一、类加载过程

1，类从被加载到JVM中开始，到卸载为止，整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。

2，其中类加载过程包括加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段。

二、Java类运行过程

我们编写完的程序都是以java结尾的文件，编译写完的代码都会生成一些后缀为class的字节码文件。

当执行java -jar命令后(以springboot为例)，此时会启动一个JVM进程，然后通过类加载机制来将所需要的类加载到JVM中进行运行。

这样一个编译好的系统就可以运行起来了。

三、类加载机制

我们都知道类的加载是一个很繁琐的过程，基本流程如下：

加载-》验证-》准备-》解析-》初始化-》使用-》卸载

1、加载

到底什么时候该去加载一个类呢？答案就是在我们使用一个类的时候，以main() 函数为入口，当JVM启动的时候，它会将含有main()函数入口的代码加载然后开始执行。

首先是代码中含有main()函数，然后开始执行main()函数中的代码，接着遇到ReplicaMananger类，此时就会将对应的.class字节码文件加载到内存中。

2、验证|准备|解析

（1）验证阶段

简单来说，这一步就是根据Java虚拟机规范，来校验你加载进来的”.class”文件中的内容，是否符合指定的规范。

所以把”.class”加载到内存里之后，必须先验证一下，校验他必须完全符合JVM规范，后续才能交给JVM来运行。

（2）准备阶段

例如下面的一个”ReplicaMananger”类：

public class ReplicaMananger {
    Public static int flushInterval;
}

假如有上面的一个类，它的class文件内容刚被加载到内存之后，会进行验证，确认这个字节码文件的内容是规范的，接着进行准备工作。

准备工作其实就是为”ReplicaMananger”类分配一定的内存空间，然后给它里面的变量分配内存空间，来一个默认的初始值。

比如上面的示例中，就会给”flushInterval"这个变量分配内存空间，给一个”0”这个初始值。

（3）解析阶段

解析阶段，实际上就是把符号应用替换为直接引用的过程。

在程序编译时，java类并不知道所引用的类的实际地址，因此只能引用符号引用来替代。例如，在Class文件中它以class_info、fieldref_info、methodref_info等类型的常量出现。 

比如org.simple.People类引用了org.simple.Language类，在编译时，People类并不知道Language类的地址，因此只能使用org.simple.Language（假设是这个，当然实际是由类似于CONSTANT_Class_info的常量来表示的）来标识Language类的地址。直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量、一个能间接定位到目标的句柄。

3、核心阶段：初始化

上面说过，在准备阶段，就会给”ReplicaMananger”类给分配好内存空间，另外他的一个默认的初始值为”0”，那么在接下来，在初始化阶段，就会正式执行我们的类初始化代码了。

如上所示，flushInterval这个变量是由Configuration.getInt("replica.flush.interval")这段代码来获取一个值，并且赋值给他的。另外还比如在static静态代码块，也会在这个阶段来执行。

4、总结

一般来说，在new Class() 来初始化类对象时，会触发类的加载到初始化的全过程，把这个类准备好，然后是实例化一个对象出来。

或者是包含main()方法的主类，必须是立马初始化的。

此外，还有一个非常重要的规则，就是如果初始化一个类的时候，发现他的父类还没有初始化，那么必须先初始化他的父类。

四、双亲委托原则

Java中的类加载器

1，启动器加载器：Bootstrap ClassLoader

一旦JVM启动，那么首先就会依托启动类加载器，去加载Java安装目录下的”lib”目录下的核心类库。

2，扩展类加载器: Extension ClassLoader

这个类加载器也是类似的，就是Java安装目录下，有一个”lib\ext”目录，这里有一些类，就是需要使用这个类加载器来加载的。

3，应用程序内加载器：Application ClassLoader

这类加载器就是负责加载ClassPath环境变量中所指定路径中的类，可以理解为加载我们写好的Java代码。这个类加载器就负责加载我们写好的类到内存中。

4，自定义类加载器

除了上面几种，我们还可以自定义类加载器，根据自己的需求加载需要的类。

5，双亲委托机制

JVM类加载器有亲子层级结构的，如下图：

基于这个亲子层级结构，就有一个双亲委派的机制，也就是当我们加载一个类的时候，先找父亲去加载，不行的话再由儿子来加载。这样的话 可以避免多层级的加载器结构重复加载某些类。

6，双亲委派模式的优点：

采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。

其次是考虑到安全因素，java核心api中定义类型不会被随意替换，假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委托模式传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随意篡改。