JAVA类加载机制的详细解析

这篇文章主要讲解了JAVA类加载机制的详细解析，内容清晰明了，对此有兴趣的小伙伴可以学习一下，相信大家阅读完之后会有帮助。

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1.一段简单的代码

首先来一段代码，这个是单例模式，可能有的人不知道什么是单例模式，我就简单说一下

单例模式是指一个类有且只有一种对象实例。这里用的是饿汉式，还有懒汉式，双检锁等等。。。。

写这个是为了给大家看一个现象

class SingleTon{
 public static int count1;
 public static int count2=0;
 private static SingleTon instance=new SingleTon();
 public SingleTon(){
  count1++;
  count2++;
 }

 public static SingleTon getInstance() {
  return instance;
 }
}
public class JVMTest {
 public static void main(String[] args) {
  SingleTon.getInstance();
  System.out.println(SingleTon.count1);
  System.out.println(SingleTon.count2);
 }
}

执行结果：

同样的代码我把private static SingleTon instance=new SingleTon()移到上面

我们再看执行结果：

可以发现执行结果发生了变化

这个先放在这，等了解了类加载机制过程，后面再说

2.什么是类加载机制

概念：Java中的类加载机制指虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存，并对数据进行校验、转换、解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型。

大白话：其实就是把字节码文件放在虚拟机里面去

与那些在编译时需要进行连接工作的语言不同，在Java语言中，类型的加载、连接、初始化都是在程序运行期间完成的，这种策略虽然会令类加载时稍微多一些性能的开销，但是会为Java应用程序提供高度的灵活性。

类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了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载七个阶段。验证、准备、解析被称为连接

注意：加载、验证、准备、初始化、使用、卸载这几个顺序是确定的，但是解析不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段后再开始，主要是为了支持Java语言运行时绑定（只做了解即可）

类加载机制包括前面五个阶段。

3.类加载时机

什么情况下虚拟机需要开始加载一个类呢？虚拟机规范中并没有对此进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。

4.类初始化时机

那么，什么情况下虚拟机需要开始初始化一个类呢？这在虚拟机规范中是有严格规定的，虚拟机规范指明 有且只有 五种情况必须立即对类进行初始化（而这一过程自然发生在加载、验证、准备之后）：

遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令（注意，newarray指令触发的只是数组类型本身的初始化，而不会导致其相关类型的初始化（比如，new String[]只会直接触发String[]的初始化，也就是触发对类java.lang.String的初始化，而直接不会触发String类的初始化）时，如果类没有进行过初始化，则需要先对其进行初始化。

生成这四条指令的最常见的Java代码场景是：

1  使用new关键字实例化对象的时候；
2  读取或设置一个类的静态字段（被final修饰，已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候；
3  调用一个类的静态方法的时候。
2) 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

3) 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。

4) 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。

5) 当使用jdk1.7动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行初始

化，则需要先出触发其初始化。

注意，对于这五种会触发类进行初始化的场景，虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语：“有且只有”，这五种场景中的行为称为对一个类进行 主动引用。除此之外，所有引用类的方式，都不会触发初始化，称为 被动引用。

特别需要指出的是，类的实例化与类的初始化是两个完全不同的概念：

　　　类的实例化是指创建一个类的实例(对象)的过程；

5.类加载过程

加载：

加载“是”类加机制”的第一个过程，在加载阶段，虚拟机主要完成三件事：

（1）通过一个类的全限定名（可以理解为绝对路径）来获取其定义的二进制字节流

（2）将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构

（3）在堆中生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区中这些数据的访问入口。

相对于类加载的其他阶段而言，加载阶段是可控性最强的阶段，因为程序员可以使用系统的类加载器加载，还可以使用自己的类加载器加载。我们在最后一部分会详细介绍这个类加载器

验证

验证的主要作用就是确保被加载的类的正确性。也是连接阶段的第一步。说白了也就是我们加载好的.class文件不能对我们的虚拟机有危害，所以先检测验证一下。他主要是完成四个阶段的验证：

（1）文件格式的验证：验证.class文件字节流是否符合class文件的格式的规范，并且能够被当前版本的虚拟机处理。这里面主要对魔数、主版本号、常量池等等的校验（魔数、主版本号都是.class文件里面包含的数据信息、在这里可以不用理解）。

（2）元数据验证：主要是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合java语言规范的要求，比如说验证这个类是不是有父类，类中的字段方法是不是和父类冲突等等。

（3）字节码验证：这是整个验证过程最复杂的阶段，主要是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。在元数据验证阶段对数据类型做出验证后，这个阶段主要对类的方法做出分析，保证类的方法在运行时不会做出威海虚拟机安全的事。

（4）符号引用验证：它是验证的最后一个阶段，发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候。主要是对类自身以外的信息进行校验。目的是确保解析动作能够完成。

对整个类加载机制而言，验证阶段是一个很重要但是非必需的阶段，如果我们的代码能够确保没有问题，那么我们就没有必要去验证，毕竟验证需要花费一定的的时间。当然我们可以使用-Xverfity:none来关闭大部分的验证。

准备：

为类变量分配内存，并将其初始化为默认值。（此时为默认值，在初始化的时候才会给变量赋值）即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。例如

public static int value = 123;

此时在准备阶段过后的初始值为0而不是123；

特例：

public static final int value = 123;

此时value的值在准备阶段过后就是123。

解析：

解析阶段将类中符号引用转换为直接引用。符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能够无歧义的定位到目标即可。

初始化：

初始化阶段是执行类构造器方法的过程。方法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟机会保证方法执行之前，父类的方法已经执行完毕。如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块，那么编译器可以不为这个类生成()方法。

java中，对于初始化阶段，有且只有以下五种情况才会对要求类立刻“初始化”（加载，验证，准备，自然需要在此之前开始）：

1  使用new关键字实例化对象、访问或者设置一个类的静态字段（被final修饰、编译器优化时已经放入常量池的例外）、调用类方法，都会初始化该静态字段或者静态方法所在的类。

2  初始化类的时候，如果其父类没有被初始化过，则要先触发其父类初始化。

3  使用java.lang.reflect包的方法进行反射调用的时候，如果类没有被初始化，则要先初始化。

4  虚拟机启动时，用户会先初始化要执行的主类（含有main）

5  jdk 1.7后，如果java.lang.invoke.MethodHandle的实例最后对应的解析结果是 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic方法句柄，并且这个方法所在类没有初始化，则先初始化。

JVM初始化步骤

1、假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类

2、假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类

3、假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

6.分析刚开始的问题

第一种情况：

连接阶段：为静态变量赋值初始值，SingleTon=null,count1=0,count2=0

初始化阶段：从上到下执行赋值操作和静态代码块

count1=0,count2=0创建对象后对两个值进行递增结果count1=1,count2=1

第二种情况：

连接阶段：为静态变量赋值初始值，SingleTon=null,count1=0,count2=0

初始化阶段：从上到下执行赋值操作和静态代码块

先创建对象后对两个值进行递增count1=1,count2=1

再赋值count1没变,count2=0

6.类加载器分类

· 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：

启动类加载器负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的类。

· 扩展类加载器（ExtClassLoader）：

扩展类加载器负责加载JDK\jre\lib\ext目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.*开头的类）。

· 应用类加载器（AppClassLoader）：

应用类加载器负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器。

类加载器的职责：

· 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，除非显式使用另外一个类加载器来载入。

· 父类委托：

类加载机制会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。

父类委托机制是为了防止内存中出现多份同样的字节码，保证java程序安全稳定运行。

· 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，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。

7.双亲委派模型

类加载器 Java 类如同其它的 Java 类一样，也是要由类加载器来加载的；除了启动类加载器，每个类都有其父类加载器（父子关系由组合（不是继承）来实现）；

所谓双亲委派是指每次收到类加载请求时，先将请求委派给父类加载器完成（所有加载请求最终会委派到顶层的Bootstrap ClassLoader加载器中），如果父类加载器无法完成这个加载（该加载器的

搜索范围中没有找到对应的类），子类尝试自己加载。

双亲委派好处

· 避免同一个类被多次加载；

· 每个加载器只能加载自己范围内的类；

双亲委派是可以违背的么？

这个是可以的只需要我们去自定义类加载器重写ClassLoader中的loadclass方法

看完上述内容，是不是对JAVA类加载机制的详细解析有进一步的了解，如果还想学习更多内容，欢迎关注创新互联行业资讯频道。