前提

本笔记参照了周志明`《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》`第三版，读完之后受益匪浅，让我对Java虚拟机有了一个深刻的认识，这也是Jvm书籍中最好的读物之一。



1. 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。



在Java语言中，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。



2. 类加载的时机

类从加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接。如下图所示：





3. 类加载的过程

加载

在加载阶段，虚拟机需要完成以下3个事情：

• 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流

• 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

• 在内存中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。



特殊情况：

对于数组类而言，情况有所不同，数组类本身不通过类加载器创建，它是由Java虚拟机直接创建的。



验证

验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

验证阶段大致上会完成以下4个阶段的校验动作：

• 文件格式校验（验证是否符合Class文件格式的规范）

• 元数据校验（验证描述的信息是否符合Java语言规范）

• 字节码校验（验证程序语义是否合法、符合逻辑的）

• 符号引用校验（确保解析动作能够正常执行，比如出现java.lang.NoSuchMethodError）



准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。



假定一个类变量的定义为：

public static int value = 123;

变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123。



基本数据类型的零值



|数据类型|零值|

|:---:|:---:|

|int|0|

|long|0L|

|short|(short)0|

|char|'\u0000'|

|byte|(byte)0|

|boolean|false|

|float|0.0f|

|double|0.0d|

|reference|null|



注：单精度和精度区别：单精度float是4字节，双精度double是8字节



解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。



• 符号引用：是以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时无歧义地定位到目标即可。

• 直接引用：是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄



初始化

初始化阶段是执行类构造器`<clinit>()`方法的过程。

<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块(static{}块)中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量。



4. 类加载器

类与类加载器

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。===> 比较两个类是否“相等”，只要类加载器不同，那这两个类必定不想等，即使是同一个Class文件，被同一个虚拟机加载。



双亲委派模型

从Java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：

• 启动类加载器（BootStrap ClassLoader），使用C++语言实现，是虚拟机本身的一部分

• 所有其他的类加载器，都由Java语言实现，独立虚拟机外部，并且都继承自抽象类java.lang.ClassLoader



双亲委派模型的工作过程

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父亲加载器去完成。如下图所示：



双亲委派模型意义：

• 系统类防止内存中出现多份同样的字节码

• 保证Java程序安全稳定运行



破坏双亲委派模型

为什么需要破坏双亲委派？

因为在某些情况下父类加载器需要委托子类加载器去加载class文件。受到加载范围的限制，父类加载器无法加载到需要的文件。



以`Driver接口为例，由于Driver接口定义在jdk当中的，而其实现由各个数据库的服务商来提供，比如mysql的就写了MySQL Connector，那么问题就来了，DriverManager（也由jdk提供）要加载各个实现了Driver接口的实现类，然后进行管理，但是DriverManager由启动类加载器加载，只能记载JAVA_HOME的lib下文件，而其实现是由服务商提供的，由系统类加载器加载，这个时候就需要启动类加载器来委托子类来加载Driver`实现，从而破坏了双亲委派。



5. 本章小结

本章介绍了类加载过程的“加载”、“验证”、“准备”、“解析”、“初始化” 5个阶段中虚拟机进行了哪些动作，还介绍了类加载器的工作原理及其对虚拟机的意义。