JVM技术总结之三——类加载机制

接上篇《JVM技术总结之二——GC机制》

三. 类加载机制

参考地址： 《类加载机制-深入理解jvm》 《Java Class文件格式、常量池项目的类型、表的结构》

3.1 类的加载过程

Java 类的加载过程主要分为五步：加载、验证、准备、解析、初始化。其中验证、准备、解析可以合称为连接。此外，这五步的顺序并不是完全固定的，比如为了支持动态绑定，解析的过程可以放在初始化之后。类的加载过程如下图所示：

JVM类加载过程

3.1.1 加载

加载过程主要做三件事情：

1. 根据全类名获取 *.class 文件的路径，通过二进制流读入 JVM 的方法区；
2. 在方法区中将该字节流转为方法区的运行时数据结构；
3. 在堆中生成代表该类的 java.lang.Class 对象，Class 对象的实例作为访问方法区中运行时数据结构的访问入口；

3.1.2 校验

校验阶段主要确保 Class 文件字节流中的内容不会违反当前 JVM 的规范，不会危害到 JVM 运行时的安全。主要验证的有文件格式、元数据、字节码、符号引用。

3.1.3 准备

准备阶段主要是将为类变量分配内存，并初始化为默认值。以下面的片段为例：

public static int value = 111;

需要注意的是，在准备阶段对于 int 类型，初始默认值为 0 而不是 111。同样的，其他基本类型的初始默认值都是该基本类型的默认值（如 double 的 0.0）。将 value 赋值为 111 的操作在初始化的步骤（即 clinit 方法）中进行。

3.1.4 解析

解析是将符号引用转换为直接引用的过程。

• 符号引用：一组用于标识类型的符号，符合 Java 虚拟机规范的常量表，例如其中一项常量池项目类型如下图所示；
• 直接引用：在内存中能够唯一标识对象的引用。可以是内存指针、偏移量、或者是能间接定位到目标的句柄等。

常量池项目类型

3.1.5 初始化

执行类构建方法 clinit 的过程。clinit 方法由所有类变量的赋值动作和静态语句块 static{} 合并而来，这其中也包含了父类的 clinit 方法（类变量赋值动作与父类的静态语句块），同时在执行一个类的 clinit 方法时，也会通过递归方式保证其父类的 clinit 方法先被调用。

此外对于初始化阶段，只有几种情况才会要求类立刻执行 clinit 方法：

1. new：new 关键字某个未被初始化的类；
2. 父类：初始化某子类时，父类未被初始化，则先初始化父类；
3. 反射：通过反射调用某个未初始化的类；
4. main 方法所在类；

3.2 类加载器

ClassLoader 中有一个 ClassLoader parent，记录其父类加载器。根类加载器 bootstrap ClassLoader 是最顶层的 ClassLoader，没有父类加载器。类加载器的加载范围不同，如果子类加载器想要加载父类加载器已经加载的类，可以通过双亲委派机制，直接访问父类加载器已经加载的类。 但是有的时候父类加载器也需要加载子类加载器的 Class，这时候就需要打破双亲委派机制，主要方式是使用 Thread 类里的线程上下文类加载器的方法 setContextClassLoader。