Java类加载机制

前言

看到Java类加载机制这章，简单的做下读书笔记，加深自己对Java类加载机制的理解。

有Java开发经验的人，应该都知道.class文件里描述二进制数据的信息，需要加载到Jvm虚拟机中才能运行和使用。因此，类的加载机制就是指，JVM把所描述的类的信息从.class文件加载到内存中，进而进行数据验证，转化解析以及初始化，最终转化为JVM可以使用的类型。

类文件来源

Android中有很多机制都有其特定的生命周期,比Activity、Service以及广播等。类加载机制也有其生命周期，从被加载到虚拟机内存中开始，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、卸载共七个阶段，流程如下图所示。

其中准备、验证、解析3个部分统称为连接；类加载过程则包括了加载、验证、准备、解析、初始化这五个阶段；加载、验证、准备、初始化以及卸载这五个阶段的发生顺序是确定的，而解析阶段是不一定的，在某些时候它的发送时机是在初始化之后，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也称为动态绑定或晚期绑定）。

注：另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。

下面分别介绍几个重要阶段的作用

加载

其主要作用是查找并加载类的二进制数据。

在加载阶段，虚拟机需要完成以下3件事情：

对于整个生命周期来说，加载阶段可控性最强，我们可以通过使用系统提供的加载器来完成加载，也可以使用自己定义的加载器来加载。

加载阶段完成之后二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区中，并且在Java堆中也创建一个类对象，方便我们通过该对象访问方法区中的数据。

验证

其主要作用是确保被加载的类的正确性。

验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：

文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以魔术0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。
元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如：这个类是否有父类，除了java.lang.Object之外。
字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
符号引用验证：确保解析动作能正确执行。

验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。

准备

其主要作用是为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。

这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在堆中。其次，这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值，假设一个类变量的定义为：

1	public static int value=30;

那么变量value在准备阶段过后的初始值为0，而不是30，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为30的putstatic指令是在程序编译后，存放于类构造器<clinit>（）方法之中的，所以把value赋值为30的动作将在初始化阶段才会执行。

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。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。

直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

初始化

类初始化阶段是类加载过程的最后一步，在这个阶段JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化，也可以说初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式：

类初始化时机

类初始化步骤

类加载器（ClassLoader），顾名思义，即加载类的东西。其功能就是将类的字节码文件加载到内存中，并对字节码进行解析生成对应的类对象，类的动态加载就是使用类加载器来实现的。

全盘负责，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入。
父类委托，先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类。
缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效。

Java 提供三种类型的系统类加载器：

启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：由C++实现，不是ClassLoader子类，加载 JAVA_HOME/lib 目录中的文件，或-Xbootclasspath指定目录下的能被虚拟机识别的类库。
扩展类加载器(ExtClassLoader)：负责加载JAVA_HOME\lib\ext目录中或系统变量 java.ext.dirs 所指定的目录中的所有类库。
应用类加载器(AppClassLoader)：负责加载用户类路径中的文件，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

用户可以直接使用扩展类加载器或系统类加载器来加载自己的类，但是用户无法直接使用启动类加载器，除了这两种类加载器以外，用户也可以自定义类加载器(CustomClassLoader)，加载流程如下图所示：