JVM 笔记 -- 来，教你类加载子系统

类加载子系统

类文件首先需要经过类加载子系统，进行加载，进类信息等加载到运行时数据区，生成 Klass 的实例。

在类加载子系统中有以下 3 个阶段操作（广义上的加载）：

• 加载阶段

- Bootstrap ClassLoader：引导类加载器，主要加载 JDK 里面的核心类

- Extension ClassLoader：拓展类加载器

- Application ClassLoader：应用加载器

• 链接阶段

- 验证

- 链接

- 解析

• 初始化阶段

如果加载的时候失败了，则不会执行后面的链接等操作。

类加载子系统的作用：

• 类加载器子系统可以从本地文件或者*网络*中加载 Class 文件，Class 文件开头有特定标识“CAFEBABY”（魔数）。

• 类加载器只负责将文件加载到运行时数据区，但是否可以运行，是执行引擎管的。

• 加载的类信息存放在方法区中，除了类信息以外，方法区还存放了运行时产量池信息，可能 HIA 包括字符串字面量和数字常量（这部分常量是 Class 文件中常量池部分的内存映射）。

譬如反编译后，会产生常量信息，里面包括常量以及符号引用等：

类加载器 ClassLoader 的角色,以下面的 People.class 为例：

通过类信息实例，可以通过 new 实例化对象，也可以通过 getClassLoader()获取类加载器，也可以通过实例 getClass()获取类信息实例。

1. People.class 存在本地硬盘上，相当于一个模板，最终可以实例化出 n 个同一个类但是属性不同的实例。

2. People.class 加载到 JVM 中，被称为 DNA 元数据模板，存放在方法区，也就是类信息。类信息也是对象。

3. 从.class 文件，到加载到 JVM 中，称为元数据模板，这个过程需要一个转换工具，这个工具就是类加载器（Class Loader）。

加载（Loading）

此处的加载，指的是类加载过程中的第一个阶段（环节），主要工作包括：

• 1.通过类的全限定名获取定义此类的二进制字节流。

• 2.将这个二进制字节流所代表的静态存储结构转化为方法区(JDK7 以及之前叫永久代，JDK8 之后成为元空间)的运行时数据结构。

• 3.在内存中生成一个该类的java.lang.Class对象，作为方法区该类的各种数据的访问入口，也就是类信息对象。

类的.class 文件来源方式包括以下：

• 本地系统直接加载

• 网络传输获取

• 从 zip 压缩包读取

• 运行的时候计算生成，譬如动态代理技术

• 由其他文件生成，譬如场景：JSP

• 从加密文件中解密获得

链接

链接阶段又分为 3 个阶段：

• 验证：

- 目的是校验安全和法，确保 Class 文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证加载的类的正确性，不会危害到虚拟机的安全。

- 主要包括 4 种验证：

- 文件格式验证(譬如文件开头是"CAFEBABY")

- 元数据验证

- 字节码验证

- 符号引用验证

• 准备：

- 为类变量（static）分配内存并且设置该变量的默认初始值，即零值

- 不包含 final 修饰的 static，因为 final 在编译的时候已经分配了，准备阶段会显示初始化。

- 不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区，但是实例变量是跟随对象一起分配在 Java 堆里面（一般情况）

• 解析：

- 将常量池的符号引用转化成为直接引用的过程

- 事实上，解析操作往往会伴随 JVM 在执行完初始化之后再执行

- 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标，《Java 虚拟机规范》的 Class 文件格式中，直接引用就是直接指向目标的指针，相对偏移量或者一个间接定位到目标的句柄。

- 解析这个阶段，主要是针对类或者接口，字段，类方法，接口方法，方法类型等等，对应的常量池中的 CONSTANTClassinfo,CONSTANTFieldredinfo，CONSTANTMethodrefinfo 等。

初始化

初始化，就是执行类的构造器<clinit>()的过程，注意<clinit>()是类的构造器，不是对象的。<clinit>()是初始化类的，就是把类装到 JVM 里的初始化，不是运行时对象的初始化。

<clinit>()这个方法不需要显式定义，而是javac编译器自动收集类中的所有变量的赋值动作，加上静态代码块，合并成的一个方法。

<clinit>()中代码的顺序和我们在类文件写的顺序一致。

执行子类的<clinit>()方法之前，JVM 会保证先执行其父类的<clinit>()，默认父类是Object。

仔细观察上面的代码，会发现，final 的属性，即使是 static 修饰的，在<clinit>()里面都不会存在，这是为什么呢？

这是因为 final 修饰的是常量，常量不会在初始化的时候执行赋值！！！常量在编译的时候已经分配了，准备阶段会显示初始化。

如果我们将 final 去掉，就可以发现,去掉 final 修饰，字节码就会加上该字段的赋值：（下面的 ldc 是指常量池的意思，从常量池编号为 #6 的地方，加载该常量）

虚拟机在初始化的时候，已经保证了类的<clinit>()方法，即使在多线程的环境下，也只会执行一次，其底层的逻辑就是默认同步加锁了。

【作者简介】：

秦怀，公众号【秦怀杂货店】作者，技术之路不在一时，山高水长，纵使缓慢，驰而不息。个人写作方向：Java 源码解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分布式，剑指 Offer，LeetCode 等，认真写好每一篇文章，不喜欢标题党，不喜欢花里胡哨，大多写系列文章，不能保证我写的都完全正确，但是我保证所写的均经过实践或者查找资料。遗漏或者错误之处，还望指正。

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