JVM03 Java虚拟机是如何加载Java类的？

Java 虚拟机中的类加载即从 class 文件到内存中的类，按先后顺序需要经过加载、链接以及初始化三大步骤。

虚拟机的加载对象是什么？

上文中说过Java中有两种类型：基本类型和引用类型，而基本类型是由虚拟机预先定义好的，引用类型中的泛型参数又会在编译过程中被擦除，所以加载的对象就剩下类、接口和数组类。

在类、接口和数组类中，数组类是由 Java 虚拟机直接生成的，其他两种则有对应的字节流。无论是直接生成的数组类，还是加载的类，Java 虚拟机都需要对其进行链接和初始化。接下来，就详细介绍一下每个步骤具体都在干些什么。

虚拟机的加载流程是什么？

1.加载

是指查找字节流，并且据此创建类的过程。上面提过数组类是由Java虚拟机直接生成的，所以加载过程针对的是生成字节流的类与接口。如何找到这些字节流，则需要虚拟机借助类加载器。

启动类加载器是由 C++ 实现的，没有对应的 Java 对象，因此在 Java 中只能用 null 来指代。在 Java 9 之前，启动类加载器负责加载最为基础、最为重要的类，比如存放在 JRE 的 lib 目录下 jar 包中的类（以及由虚拟机参数 -Xbootclasspath 指定的类）。除了启动类加载器之外，另外两个重要的类加载器是扩展类加载器（extension class loader）和应用类加载器（application class loader），均由 Java 核心类库提供。故除了启动类加载器之外，其他的类加载器都是java.lang.ClassLoader 的子类，因此有对应的 Java 对象。

扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器。它负责加载相对次要、但又通用的类，比如存放在 JRE 的 lib/ext 目录下 jar 包中的类（以及由系统变量 java.ext.dirs 指定的类）。

应用类加载器的父类加载器则是扩展类加载器。它负责加载应用程序路径下的类。（这里的应用程序路径，便是指虚拟机参数 -cp/-classpath、系统变量 java.class.path 或环境变量 CLASSPATH 所指定的路径。）默认情况下，应用程序中包含的类便是由应用类加载器加载的。

Java 9 引入了模块系统，并且略微更改了上述的类加载器1。扩展类加载器被改名为平台类加载器（platform class loader）。Java SE 中除了少数几个关键模块，比如说 java.base 是由启动类加载器加载之外，其他的模块均由平台类加载器所加载。当然还可以自定义类加载器哦。

除了加载功能之外，类加载器还提供了命名空间的作用，在 Java 虚拟机中，类的唯一性是由类加载器实例以及类的全名一同确定的。即便是同一串字节流，经由不同的类加载器加载，也会得到两个不同的类。在大型应用中，我们往往借助这一特性，来运行同一个类的不同版本。

2.链接

是指将创建成的类合并至 Java 虚拟机中，使之能够执行的过程。它可分为验证、准备以及解析三个阶段。

1. 验证阶段：确保被加载类能够满足 Java 虚拟机的约束条件。
2. 准备阶段：为被加载类的静态字段分配内存，构造其他跟类层次相关的数据结构。
3. 解析阶段：将符号引用解析成为实际引用（Java 虚拟机规范并没有要求在链接过程中完成解析。它仅规定了：如果某些字节码使用了符号引用，那么在执行这些字节码之前，需要完成对这些符号引用的解析）。

符号引用则是在 class 文件被加载至 Java 虚拟机之前，类无法知道其他类及其方法、字段所对应的具体地址，甚至不知道自己方法、字段的地址。每当需要引用这些成员时，Java 编译器会生成一个符号引用。在运行阶段，这个符号引用一般都能够无歧义地定位到具体目标上。

3.初始化

初始化即给常量赋值以及执行 < clinit > 方法的过程，完成之后，类才正式成为可执行的状态。

类初始化触发条件

1. 当虚拟机启动时，初始化用户指定的主类；
2. 当遇到用以新建目标类实例的 new 指令时，初始化 new 指令的目标类；
3. 当遇到调用静态方法的指令时，初始化该静态方法所在的类；
4. 当遇到访问静态字段的指令时，初始化该静态字段所在的类；
5. 子类的初始化会触发父类的初始化；
6. 如果一个接口定义了 default 方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，会触发该接口的初始化；
7. 使用反射 API 对某个类进行反射调用时，初始化这个类；
8. 当初次调用 MethodHandle 实例时，初始化该 MethodHandle 指向的方法所在的类。

总结

虚拟机加载Java类是Java 虚拟机将字节流转化为 Java 类的过程。这个过程可分为加载、链接以及初始化三大步骤。

• 加载：是指查找字节流，并且据此创建类的过程。加载需要借助类加载器，在 Java 虚拟机中，类加载器使用了双亲委派模型，即接收到加载请求时，会先将请求转发给父类加载器。
• 链接：是指将创建成的类合并至 Java 虚拟机中，使之能够执行的过程。链接还分验证、准备和解析三个阶段。其中，解析阶段为非必须的。
• 初始化：是为标记为常量值的字段赋值，以及执行 < clinit > 方法的过程。类的初始化仅会被执行一次，这个特性被用来实现单例的延迟初始化。