一、内存结构概述

JVM结构英文版
JVM结构中文版

二、类加载器与类的加载过程

1、类加载子系统作用

• 类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，Class文件在文件开头有特定的文件标识。

  
  .class文件
• ClassLoader只负责Class文件的加载，至于是否他可以运行，则由执行引擎（ExecutionEngine）决定
• 加载的类型新存放于一块称为方法区的内存空间，除了类信息外，方法区还会存放一些运行时常量池信息，可能还会包含字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）

2、类加载器ClassLoader角色

1. class file存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中类，根据这个文件实例化出n个一模一样的实例。
2. class file 加载到JVM中，被称为DNA元素数据模板，放在方法区。
3. 在.class文件-> JVM ->最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器Class Loader），扮演一个快递员的角色。

3、类的加载过程

第02章_类的加载过程.jpg
加载：

1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流。
2. 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。
3. 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。

补充：加载.class文件的方式

• 从本地系统中直接加载。
• 通过网络获取。典型场景：Web Applet。
• 从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础。
• 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术。
• 由其他文件生成，场景：JSP应用。
• 从专有数据库中提取.class文件，比较少见。
• 从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施。

链接：

初始化：

• 初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程
• 此方法不需要定义，是javac编译器自动手机类中的所有变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
• <clinit>()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟视角下的<init>()）。
• 若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕。
• 虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁。

三、类加载器分类

• JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（BootstrapClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）。
• 从概念上讲，自定义类加载器一般指的是程序中有开发人员自定义的一类类加载器。但是Java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器.。

虚拟机自带的加载器：

1. 启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

• 这个类加载器使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。
• 它用来加载Java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类。
• 并不继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器。
• 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。
• 出于安全考虑，Bootstrap ClassLoader启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类。

2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

• Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
• 派生于ClassLoader类。
• 父类加载器为启动类加载器。
• 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或者从jdk的安装目录的jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建了JAR放在此目录下，也会自动有扩展类加载器加载。

3. 应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）

• Java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
• 派生于ClassLoader类。
• 父类加载器为扩展类加载器。
• 它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库。
• 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是有他来完成加载。
• 通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器

4. 用户自定义类加载器

在Java的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由上述三种类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定义类加载器，来制定类的加载方式。

为什么要自定义类加载器？

• 隔离加载类
• 修改类加载的方式
• 扩展加载源
• 防止源码泄露

5. 用户自定义加载器实现步骤

• 开发人员可以通过继承抽象类java.lang.ClassLoader类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求。
• 在JDK1.2之前，在自定义类加载器时，总会去继承ClassLoader类并重写loadClass()方法，从而实现自定义类加载类。但是在JDK1.2之后已经不在建议用户去覆盖loadClass方法，而是建议把自定义的类加载逻辑卸载findClass()方法中。
• 在编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URLClassLoader类，这样就可以避免自己去编写findClass方法及其获取字节码流的方式，使自定义类加载器编写更加简介。

6. 关于ClassLoader
   ClassLoader类，它是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader(不包括启动类加载器)

7. 获取ClassLoader的途径

   
   

四、双亲委派机制

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将他的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用双亲委派模式，即把请求交给父类处理，它是一种任务委派模式。

1. 工作原理

   
   

2. 双亲委派机制举例

   
   

3. 优势

   
   

4. 沙箱安全机制

自定义String类，但是在加载String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中java\lang\String.class）,报错信息说没有main方法，就是因为加载的是rt.jar包中的String类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

五、其他

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件：

• 类的完整类名必须一致，包括包名。
• 加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同。

换句话说，在JVM中即使这两个类对象（class对象）来源同一个class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载他们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。

1. 对类加载器的引用

JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载的还是有用户类加载器加载的。如果一个类型是有用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区当中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

2. 类的主动使用和被动使用
   Java程序对类的使用方式分为：主动使用和被动使用。

主动使用又分为7种情况：

• 创建类的实例
• 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（比如：Class.forName("com.yxl.Test")）
• 初始化一个类的子类
• Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
• JDK7开始提供的动态语言支持：
  java.lang.invoke .MethodHandle实例的解析结果REF getstatic, REF putstatic, REF invokestatic句柄对应的类没有初始化,则初始化

除了以上7种情况，其他使用Java类的方式都被看做是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。