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類加載過程 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? 類從被加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中開始，到卸載出內(nèi)存為止，它的整個生命周期包括：加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用和卸載七個階段。它們開始的順序如下圖所示：

? ? ? 其中類加載的過程包括了加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化五個階段。在這五個階段中，加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備和初始化這四個階段發(fā)生的順序是確定的，而解析階段則不一定，它在某些情況下可以在初始化階段之后開始，這是為了支持Java語言的運(yùn)行時綁定（也成為動態(tài)綁定或晚期綁定）。另外注意這里的幾個階段是按順序開始，而不是按順序進(jìn)行或完成，因?yàn)檫@些階段通常都是互相交叉地混合進(jìn)行的，通常在一個階段執(zhí)行的過程中調(diào)用或激活另一個階段。

? ? ? 這里簡要說明下Java中的綁定：綁定指的是把一個方法的調(diào)用與方法所在的類(方法主體)關(guān)聯(lián)起來，對java來說，綁定分為靜態(tài)綁定和動態(tài)綁定：

• ? ? ? 靜態(tài)綁定：即前期綁定。在程序執(zhí)行前方法已經(jīng)被綁定，此時由編譯器或其它連接程序?qū)崿F(xiàn)。針對java，簡單的可以理解為程序編譯期的綁定。java當(dāng)中的方法只有final，static，private和構(gòu)造方法是前期綁定的。
• ? ? ? 動態(tài)綁定：即晚期綁定，也叫運(yùn)行時綁定。在運(yùn)行時根據(jù)具體對象的類型進(jìn)行綁定。在java中，幾乎所有的方法都是后期綁定的。

? ? 下面詳細(xì)講述類加載過程中每個階段所做的工作。 加載 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

? ? ? 加載時類加載過程的第一個階段，在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：

? ? ? ?1、通過一個類的全限定名來獲取其定義的二進(jìn)制字節(jié)流。

? ? ? ?2、將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

? ? ? ?3、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。

? ? ? 注意，這里第1條中的二進(jìn)制字節(jié)流并不只是單純地從Class文件中獲取，比如它還可以從Jar包中獲取、從網(wǎng)絡(luò)中獲取（最典型的應(yīng)用便是Applet）、由其他文件生成（JSP應(yīng)用）等。

? ? ? 相對于類加載的其他階段而言，加載階段（準(zhǔn)確地說，是加載階段獲取類的二進(jìn)制字節(jié)流的動作）是可控性最強(qiáng)的階段，因?yàn)殚_發(fā)人員既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來完成加載，也可以自定義自己的類加載器來完成加載。

? ? ? 加載階段完成后，虛擬機(jī)外部的 二進(jìn)制字節(jié)流就按照虛擬機(jī)所需的格式存儲在方法區(qū)之中，而且在Java堆中也創(chuàng)建一個java.lang.Class類的對象，這樣便可以通過該對象訪問方法區(qū)中的這些數(shù)據(jù)。

? ? ? 說到加載，不得不提到類加載器，下面就具體講述下類加載器。

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類加載器 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

? ? ? 類加載器雖然只用于實(shí)現(xiàn)類的加載動作，但它在Java程序中起到的作用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不限于類的加載階段。對于任意一個類，都需要由它的類加載器和這個類本身一同確定其在就Java虛擬機(jī)中的唯一性，也就是說，即使兩個類來源于同一個Class文件，只要加載它們的類加載器不同，那這兩個類就必定不相等。這里的“相等”包括了代表類的Class對象的equals（）、isAssignableFrom（）、isInstance（）等方法的返回結(jié)果，也包括了使用instanceof關(guān)鍵字對對象所屬關(guān)系的判定結(jié)果。

? ? ? 站在Java虛擬機(jī)的角度來講，只存在兩種不同的類加載器：

• 啟動類加載器：它使用C++實(shí)現(xiàn)（這里僅限于Hotspot，也就是JDK1.5之后默認(rèn)的虛擬機(jī)，有很多其他的虛擬機(jī)是用Java語言實(shí)現(xiàn)的），是虛擬機(jī)自身的一部分。
• 所有其他的類加載器：這些類加載器都由Java語言實(shí)現(xiàn)，獨(dú)立于虛擬機(jī)之外，并且全部繼承自抽象類java.lang.ClassLoader，這些類加載器需要由啟動類加載器加載到內(nèi)存中之后才能去加載其他的類。

? ? ? 站在Java開發(fā)人員的角度來看，類加載器可以大致劃分為以下三類：

• 啟動類加載器：Bootstrap ClassLoader，跟上面相同。它負(fù)責(zé)加載存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機(jī)識別的類庫（如rt.jar，所有的java.*開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載）。啟動類加載器是無法被Java程序直接引用的。
• 擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader，該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載JDK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。
• 應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader，該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發(fā)者可以直接使用該類加載器，如果應(yīng)用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認(rèn)的類加載器。

? ? ? 應(yīng)用程序都是由這三種類加載器互相配合進(jìn)行加載的，如果有必要，我們還可以加入自定義的類加載器。因?yàn)镴VM自帶的ClassLoader只是懂得從本地文件系統(tǒng)加載標(biāo)準(zhǔn)的java class文件，因此如果編寫了自己的ClassLoader，便可以做到如下幾點(diǎn)：

? ? ? 1）在執(zhí)行非置信代碼之前，自動驗(yàn)證數(shù)字簽名。

? ? ? 2）動態(tài)地創(chuàng)建符合用戶特定需要的定制化構(gòu)建類。

? ? ? 3）從特定的場所取得java class，例如數(shù)據(jù)庫中和網(wǎng)絡(luò)中。

? ? ? 事實(shí)上當(dāng)使用Applet的時候，就用到了特定的ClassLoader，因?yàn)檫@時需要從網(wǎng)絡(luò)上加載java class，并且要檢查相關(guān)的安全信息，應(yīng)用服務(wù)器也大都使用了自定義的ClassLoader技術(shù)。

? ? ? 這幾種類加載器的層次關(guān)系如下圖所示：

? ? ? 這種層次關(guān)系稱為類加載器的雙親委派模型。我們把每一層上面的類加載器叫做當(dāng)前層類加載器的父加載器，當(dāng)然，它們之間的父子關(guān)系并不是通過繼承關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的，而是使用組合關(guān)系來復(fù)用父加載器中的代碼。該模型在JDK1.2期間被引入并廣泛應(yīng)用于之后幾乎所有的Java程序中，但它并不是一個強(qiáng)制性的約束模型，而是Java設(shè)計(jì)者們推薦給開發(fā)者的一種類的加載器實(shí)現(xiàn)方式。

? ? ? 雙親委派模型的工作流程是：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把請求委托給父加載器去完成，依次向上，因此，所有的類加載請求最終都應(yīng)該被傳遞到頂層的啟動類加載器中，只有當(dāng)父加載器在它的搜索范圍中沒有找到所需的類時，即無法完成該加載，子加載器才會嘗試自己去加載該類。

? ? ? 使用雙親委派模型來組織類加載器之間的關(guān)系，有一個很明顯的好處，就是Java類隨著它的類加載器（說白了，就是它所在的目錄）一起具備了一種帶有優(yōu)先級的層次關(guān)系，這對于保證Java程序的穩(wěn)定運(yùn)作很重要。例如，類java.lang.Object類存放在JDK\jre\lib下的rt.jar之中，因此無論是哪個類加載器要加載此類，最終都會委派給啟動類加載器進(jìn)行加載，這邊保證了Object類在程序中的各種類加載器中都是同一個類。

驗(yàn)證 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

? ? ? 驗(yàn)證的目的是為了確保Class文件中的字節(jié)流包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，而且不會危害虛擬機(jī)自身的安全。不同的虛擬機(jī)對類驗(yàn)證的實(shí)現(xiàn)可能會有所不同，但大致都會完成以下四個階段的驗(yàn)證：文件格式的驗(yàn)證、元數(shù)據(jù)的驗(yàn)證、字節(jié)碼驗(yàn)證和符號引用驗(yàn)證。

• 文件格式的驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范，并且能被當(dāng)前版本的虛擬機(jī)處理，該驗(yàn)證的主要目的是保證輸入的字節(jié)流能正確地解析并存儲于方法區(qū)之內(nèi)。經(jīng)過該階段的驗(yàn)證后，字節(jié)流才會進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)中進(jìn)行存儲，后面的三個驗(yàn)證都是基于方法區(qū)的存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。
• 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對類的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行語義校驗(yàn)（其實(shí)就是對類中的各數(shù)據(jù)類型進(jìn)行語法校驗(yàn)），保證不存在不符合Java語法規(guī)范的元數(shù)據(jù)信息。
• 字節(jié)碼驗(yàn)證：該階段驗(yàn)證的主要工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)流和控制流分析，對類的方法體進(jìn)行校驗(yàn)分析，以保證被校驗(yàn)的類的方法在運(yùn)行時不會做出危害虛擬機(jī)安全的行為。
• 符號引用驗(yàn)證：這是最后一個階段的驗(yàn)證，它發(fā)生在虛擬機(jī)將符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用的時候（解析階段中發(fā)生該轉(zhuǎn)化，后面會有講解），主要是對類自身以外的信息（常量池中的各種符號引用）進(jìn)行匹配性的校驗(yàn)。

準(zhǔn)備 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ??準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配。對于該階段有以下幾點(diǎn)需要注意：

? ??1、這時候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量（static），而不包括實(shí)例變量，實(shí)例變量會在對象實(shí)例化時隨著對象一塊分配在Java堆中。

? ? 2、這里所設(shè)置的初始值通常情況下是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值。

? ??3、如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性，即同時被final和static修飾，那么在準(zhǔn)備階段變量value就會被初始化為ConstValue屬性所指定的值。

解析 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

? ? ?解析階段是虛擬機(jī)將常量池中的符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用的過程。在Class類文件結(jié)構(gòu)一文中已經(jīng)比較過了符號引用和直接引用的區(qū)別和關(guān)聯(lián)，這里不再贅述。前面說解析階段可能開始于初始化之前，也可能在初始化之后開始，虛擬機(jī)會根據(jù)需要來判斷，到底是在類被加載器加載時就對常量池中的符號引用進(jìn)行解析（初始化之前），還是等到一個符號引用將要被使用前才去解析它（初始化之后）。 ? ? ? 對同一個符號引用進(jìn)行多次解析請求時很常見的事情，虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)可能會對第一次解析的結(jié)果進(jìn)行緩存（在運(yùn)行時常量池中記錄直接引用，并把常量標(biāo)示為已解析狀態(tài)），從而避免解析動作重復(fù)進(jìn)行。 ? ? ? 解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法四類符號引用進(jìn)行，分別對應(yīng)于常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info四種常量類型。

? ??類或接口的解析：判斷所要轉(zhuǎn)化成的直接引用是對數(shù)組類型，還是普通的對象類型的引用，從而進(jìn)行不同的解析。

? ??字段解析：對字段進(jìn)行解析時，會先在本類中查找是否包含有簡單名稱和字段描述符都與目標(biāo)相匹配的字段，如果有，則查找結(jié)束；如果沒有，則會按照繼承關(guān)系從上往下遞歸搜索該類所實(shí)現(xiàn)的各個接口和它們的父接口，還沒有，則按照繼承關(guān)系從上往下遞歸搜索其父類，直至查找結(jié)束，查找流程如下圖所示：

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? ? ? 最后需要注意：理論上是按照上述順序進(jìn)行搜索解析，但在實(shí)際應(yīng)用中，虛擬機(jī)的編譯器實(shí)現(xiàn)可能要比上述規(guī)范要求的更嚴(yán)格一些。如果有一個同名字段同時出現(xiàn)在該類的接口和父類中，或同時在自己或父類的接口中出現(xiàn)，編譯器可能會拒絕編譯。

? ? ?3、類方法解析：對類方法的解析與對字段解析的搜索步驟差不多，只是多了判斷該方法所處的是類還是接口的步驟，而且對類方法的匹配搜索，是先搜索父類，再搜索接口。 ? ??4、接口方法解析：與類方法解析步驟類似，知識接口不會有父類，因此，只遞歸向上搜索父接口就行了。

初始化 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ??初始化是類加載過程的最后一步，到了此階段，才真正開始執(zhí)行類中定義的Java程序代碼。在準(zhǔn)備階段，類變量已經(jīng)被賦過一次系統(tǒng)要求的初始值，而在初始化階段，則是根據(jù)程序員通過程序指定的主觀計(jì)劃去初始化類變量和其他資源。

? ? ? 類初始化是類加載過程的最后一個階段，到初始化階段，才真正開始執(zhí)行類中的Java程序代碼。虛擬機(jī)規(guī)范嚴(yán)格規(guī)定了有且只有四種情況必須立即對類進(jìn)行初始化：

• 遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic這四條字節(jié)碼指令時，如果類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。生成這四條指令最常見的Java代碼場景是：使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對象時、讀取或設(shè)置一個類的靜態(tài)字段（static）時（被static修飾又被final修飾的，已在編譯期把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外）、以及調(diào)用一個類的靜態(tài)方法時。
• 使用Java.lang.refect包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用時，如果類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
• 當(dāng)初始化一個類的時候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化。
• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類，虛擬機(jī)會先執(zhí)行該主類。

? ? 虛擬機(jī)規(guī)定只有這四種情況才會觸發(fā)類的初始化，稱為對一個類進(jìn)行主動引用，除此之外所有引用類的方式都不會觸發(fā)其初始化，稱為被動引用。

總結(jié) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

?? ? 整個類加載過程中，除了在加載階段用戶應(yīng)用程序可以自定義類加載器參與之外，其余所有的動作完全由虛擬機(jī)主導(dǎo)和控制。到了初始化才開始執(zhí)行類中定義的Java程序代碼（亦及字節(jié)碼），但這里的執(zhí)行代碼只是個開端，它僅限于<clinit>（）方法。類加載過程中主要是將Class文件（準(zhǔn)確地講，應(yīng)該是類的二進(jìn)制字節(jié)流）加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中，真正執(zhí)行字節(jié)碼的操作，在加載完成后才真正開始。

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總結(jié)

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