1.虛擬機(jī)如何加載這些Class文件?（類加載的過程）
2.Class文件中的信息進(jìn)入到虛擬機(jī)后會(huì)發(fā)生什么變化?
Java虛擬機(jī)把描述類的數(shù)據(jù)從Class文件加載到內(nèi)存，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、轉(zhuǎn)換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的Java類型，這就是虛擬機(jī)的加載機(jī)制。
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(gè)生命周期包括了：加載（Loading）、驗(yàn)證（Verification）、準(zhǔn)備（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（using）、和卸載（Unloading）七個(gè)階段。其中驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析三個(gè)部分統(tǒng)稱為連接（Linking），這七個(gè)階段的發(fā)生順序如下圖所示：
如上圖所示，加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、初始化和卸載這五個(gè)階段的順序是確定的，類的加載過程必須按照這個(gè)順序來按部就班地開始，而解析階段則不一定，它在某些情況下可以在初始化階段后再開始。
類的生命周期的每一個(gè)階段通常都是互相交叉混合式進(jìn)行的，通常會(huì)在一個(gè)階段執(zhí)行的過程中調(diào)用或激活另外一個(gè)階段。
一、類加載的時(shí)機(jī)
主動(dòng)引用：一個(gè)類被主動(dòng)引用之后會(huì)觸發(fā)初始化過程（加載，驗(yàn)證，準(zhǔn)備需再此之前開始）
必須馬上對(duì)類進(jìn)行初始化
1）遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這4條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。生成這4條指令最常見的Java代碼場(chǎng)景是：使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對(duì)象時(shí)、讀取或者設(shè)置一個(gè)類的靜態(tài)字段（被final修飾、已在編譯器把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外）時(shí)、以及調(diào)用一個(gè)類的靜態(tài)方法的時(shí)候。
2）使用java.lang.reflect包的方法對(duì)類進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
3）當(dāng)初始化一個(gè)類的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要觸發(fā)父類的初始化。
4）當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶需要指定一個(gè)執(zhí)行的主類（包含main()方法的類），虛擬機(jī)會(huì)先初始化這個(gè)類。
5）當(dāng)使用jdk7+的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言支持時(shí)，如果java.lang.invoke.MethodHandle實(shí)例最后的解析結(jié)果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個(gè)方法句柄所對(duì)應(yīng)的類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)器初始化。
被動(dòng)引用：一個(gè)類如果是被動(dòng)引用的話，該類不會(huì)觸發(fā)初始化過程
1）通過子類引用父類的靜態(tài)字段，不會(huì)導(dǎo)致子類初始化。對(duì)于靜態(tài)字段，只有直接定義該字段的類才會(huì)被初始化，因此當(dāng)我們通過子類來引用父類中定義的靜態(tài)字段時(shí)，只會(huì)觸發(fā)父類的初始化，而不會(huì)觸發(fā)子類的初始化。 只有定義了這個(gè)字段的類才會(huì)被初始化
2）通過數(shù)組定義來引用類，不會(huì)觸發(fā)此類的初始化。
3）常量在編譯階段會(huì)存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上沒有直接引用到定義常量的類，因此不會(huì)觸發(fā)定義常量的類的初始化。
二、類加載過程
1、加載
在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：
1.通過一個(gè)類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流。
2.將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
3.在java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問入口。
相對(duì)于類加載過程的其他階段，加載階段是開發(fā)期相對(duì)來說可控性比較強(qiáng)，該階段既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器完成，也可以由用戶自定義的類加載器來完成，開發(fā)人員可以通過定義自己的類加載器去控制字節(jié)流的獲取方式。
2、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(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。不同的虛擬機(jī)對(duì)類驗(yàn)證的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)有所不同，但大致都會(huì)完成以下四個(gè)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(hào)引用驗(yàn)證。
1）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(chǔ) 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(huì)進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)中進(jìn)行存儲(chǔ)，后面的三個(gè)驗(yàn)證都是基于方法區(qū)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。
2）元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)類的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行語(yǔ)義校驗(yàn)（其實(shí)就是對(duì)類中的各數(shù)據(jù)類型進(jìn)行語(yǔ)法校驗(yàn)），保證不存在不符合Java語(yǔ)法規(guī)范的元數(shù)據(jù)信息。
3）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(duì)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(shí)不會(huì)做出危害虛擬機(jī)安全的行為。
4）符號(hào)引用驗(yàn)證：這是最后一個(gè)階段的驗(yàn)證，它發(fā)生在虛擬機(jī)將符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用的時(shí)候（解析階段中發(fā)生該轉(zhuǎn)化，后面會(huì)有講解），主要是對(duì)類自身以外的信息（常量池中的各種符號(hào)引用）進(jìn)行匹配性的校驗(yàn)。
3、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)中進(jìn)行分配。
注：
1）這時(shí)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(huì)在對(duì)象實(shí)例化時(shí)隨著對(duì)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。
- 如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性,在準(zhǔn)備階段該字段就會(huì)被初始化為ConstantValue所指定的值. final
4、解析
解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。
符號(hào)引用（Symbolic Reference）：符號(hào)引用以一組符號(hào)來描述所引用的目標(biāo)，符號(hào)引用可以是任何形式的字面量，符號(hào)引用與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局無(wú)關(guān)，引用的目標(biāo)并不一定已經(jīng)在內(nèi)存中。
直接引用（Direct Reference）：直接引用可以是直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或是一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄。直接引用是與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局相關(guān)的，同一個(gè)符號(hào)引用在不同的虛擬機(jī)實(shí)例上翻譯出來的直接引用一般都不相同，如果有了直接引用，那引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。
1、類或接口的解析：判斷所要轉(zhuǎn)化成的直接引用是對(duì)數(shù)組類型，還是普通的對(duì)象類型的引用，從而進(jìn)行不同的解析。 加載引用的類
2、字段解析：對(duì)字段進(jìn)行解析時(shí)，會(huì)先在本類中查找是否包含有簡(jiǎn)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(huì)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(gè)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。 (注意查找順序)
3、類方法解析：對(duì)類方法的解析與對(duì)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(duì)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，只是接口不會(huì)有父類，因此，只遞歸向上搜索父接口就行了。
5、初始化
類初始化階段是類加載過程的最后一步，前面的類加載過程中，除了加載（Loading）階段用戶應(yīng)用程序可以通過自定義類加載器參與之外，其余動(dòng)作完全由虛擬機(jī)主導(dǎo)和控制。到了初始化階段，才真正開始執(zhí)行類中定義的Java程序代碼。
初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器()方法的過程。
1）<clinit>()方法是由編譯器自動(dòng)收集類中的所有類變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)語(yǔ)句塊（static{}塊）中的語(yǔ)句合并產(chǎn)生的，編譯器收集的順序由語(yǔ)句在源文件中出現(xiàn)的順序所決定。(靜態(tài)語(yǔ)句塊中只能賦值,不能訪問,靜態(tài)語(yǔ)句塊只能訪問到定義在靜態(tài)語(yǔ)句塊之前的變量)
2）<clinit>()方法與類的構(gòu)造函數(shù)不同，它不需要顯式地調(diào)用父類構(gòu)造器，虛擬機(jī)會(huì)保證在子類的<clinit>()方法執(zhí)行之前，父類的()方法已經(jīng)執(zhí)行完畢，因此在虛擬機(jī)中第一個(gè)執(zhí)行的<clinit>()方法的類一定是java.lang.Object。
3）由于父類的<clinit>()方法先執(zhí)行，也就意味著父類中定義的靜態(tài)語(yǔ)句塊要優(yōu)先于子類的變量賦值操作。
4）<clinit>()方法對(duì)于類或者接口來說并不是必需的，如果一個(gè)類中沒有靜態(tài)語(yǔ)句塊也沒有對(duì)變量的賦值操作，那么編譯器可以不為這個(gè)類生成<clinit>()方法。
5）接口中可能會(huì)有變量賦值操作，因此接口也會(huì)生成<clinit>()方法。但是接口與類不同，執(zhí)行接口的<clinit>()方法不需要先執(zhí)行父接口的<clinit>()方法。只有當(dāng)父接口中定義的變量被使用時(shí)，父接口才會(huì)被初始化。另外，接口的實(shí)現(xiàn)類在初始化時(shí)也不會(huì)執(zhí)行接口的<clinit>()方法。
6）虛擬機(jī)會(huì)保證一個(gè)類的()方法在多線程環(huán)境中被正確地加鎖和同步。如果有多個(gè)線程去同時(shí)初始化一個(gè)類，那么只會(huì)有一個(gè)線程去執(zhí)行這個(gè)類的<clinit>()方法，其它線程都需要阻塞等待，直到活動(dòng)線程執(zhí)行<clinit>()方法完畢。如果在一個(gè)類的<clinit>()方法中有耗時(shí)很長(zhǎng)的操作，那么就可能造成多個(gè)進(jìn)程阻塞。
類加載器
通過一個(gè)類的全限定名來獲取描述此類的二進(jìn)制字節(jié)流
類與類加載器
類名稱空間，比較兩個(gè)類是否相等,只有在這兩個(gè)類是由同一個(gè)類加載器加載的前提下才有意義.
三、雙親委派模型
JVM預(yù)定義的三種類型類加載器：
1）啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器：是用本地代碼實(shí)現(xiàn)的類裝入器，它負(fù)責(zé)將 /lib下面的類庫(kù)加載到內(nèi)存中（比如rt.jar）。由于引導(dǎo)類加載器涉及到虛擬機(jī)本地實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，開發(fā)者無(wú)法直接獲取到啟動(dòng)類加載器的引用，所以不允許直接通過引用進(jìn)行操作。
2）標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展（Extension）類加載器：是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）實(shí)現(xiàn)的。它負(fù)責(zé)將< Java_Runtime_Home >/lib/ext或者由系統(tǒng)變量 java.ext.dir指定位置中的類庫(kù)加載到內(nèi)存中。開發(fā)者可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展類加載器。
3）系統(tǒng)（System）類加載器：是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）實(shí)現(xiàn)的。它負(fù)責(zé)將系統(tǒng)類路徑（CLASSPATH）中指定的類庫(kù)加載到內(nèi)存中。開發(fā)者可以直接使用系統(tǒng)類加載器。
雙親委派機(jī)制描述：
某個(gè)特定的類加載器在接到加載類的請(qǐng)求時(shí)，首先將加載任務(wù)委托給父類加載器，依次遞歸，如果父類加載器可以完成類加載任務(wù)，就成功返回；只有父類加載器無(wú)法完成此加載任務(wù)時(shí)，才自己去加載。
/**
* Loads the class with the specified <a href="#name">binary name</a>. The
* default implementation of this method searches for classes in the
* following order:
*
* <p><ol>
*
* <li><p> Invoke {@link #findLoadedClass(String)} to check if the class
* has already been loaded. </p></li>
*
* <li><p> Invoke the {@link #loadClass(String) <tt>loadClass</tt>} method
* on the parent class loader. If the parent is <tt>null</tt> the class
* loader built-in to the virtual machine is used, instead. </p></li>
*
* <li><p> Invoke the {@link #findClass(String)} method to find the
* class. </p></li>
*
* </ol>
*
* <p> If the class was found using the above steps, and the
* <tt>resolve</tt> flag is true, this method will then invoke the {@link
* #resolveClass(Class)} method on the resulting <tt>Class</tt> object.
*
* <p> Subclasses of <tt>ClassLoader</tt> are encouraged to override {@link
* #findClass(String)}, rather than this method. </p>
*
* <p> Unless overridden, this method synchronizes on the result of
* {@link #getClassLoadingLock <tt>getClassLoadingLock</tt>} method
* during the entire class loading process.
*
* @param name
* The <a href="#name">binary name</a> of the class
*
* @param resolve
* If <tt>true</tt> then resolve the class
*
* @return The resulting <tt>Class</tt> object
*
* @throws ClassNotFoundException
* If the class could not be found
*/
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
1.檢查類是否已經(jīng)被加載
2.如果沒有，就用父類的加載器
3.如果父類無(wú)法加載，然后調(diào)用findClass方法自行加載
