JVM类文件加载原理

2019-09-15 本文已影响0人刘一一同学

1. 文件加载过程

装载（Load），链接（Link）和初始化(Initialize)，链接又分为三个步骤，如下图所示：

1.1 装载

类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个这个类的Java.lang.Class对象，用来封装类在方法区类的对象，如下图所示：

加载类的方式有以下几种：

从本地系统直接加载。
通过网络下载.class文件。
从zip，jar等归档文件中加载.class文件。
从专有数据库中提取.class文件。
将Java源文件动态编译为.class文件（服务器）。

1.2 链接

验证：确保被加载类的正确性。
准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。
解析：把类中的符号引用转换为直接引用。

那为什么要有验证这一步骤呢？首先如果由编译器生成的class文件，它肯定是符合JVM字节码格式的，但是万一有高手自己写一个class文件，让JVM加载并运行，用于恶意用途，就不妙了，因此这个class文件要先过验证这一关，不符合的话不会让它继续执行的，也是为了安全考虑吧。

准备阶段和初始化阶段看似有点矛盾，其实是不矛盾，如果类中有语句：private static int a = 10，它的执行过程是这样的，首先字节码文件被加载到内存后，先进行链接的验证这一步骤，验证通过后准备阶段，给a分配内存，因为变量a是static的，所以此时a等于int类型的默认初始值0，即a=0,然后到解析（后面在说），到初始化这一步骤时，才把a的真正的值10赋给a，此时a=10。

1.3 初始化

初始化是为类的静态变量赋予正确的初始值。只有以下6种情况才会导致类的类的初始化：

创建类的实例，也就是new一个对象。
访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值。
调用类的静态方法。
反射（Class.forName("com.lyj.load")）。
初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）。
JVM启动时标明的启动类，即文件名和类名相同的那个类。

类的初始化步骤：

如果这个类还没有被加载和链接，那先进行加载和链接。
假如这个类存在直接父类，并且这个类还没有被初始化（注意：在一个类加载器中，类只能初始化一次），那就初始化直接的父类（不适用于接口）
加入类中存在初始化语句（如static变量和static块），那就依次执行这些初始化语句。

2. 加载器

JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的，类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述：

Bootstrap ClassLoader：负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++实现，不是ClassLoader子类。
Extension ClassLoader：负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包。
App ClassLoader：负责加载classpath中指定的jar包及目录中class。
Custom ClassLoader：属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个classloader已加载就视为已加载此类，保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。

双亲委派机制
JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲，就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。