JVM之java类的加载机制简介说明

类的加载简介

类加载定义

类的加载:
  将类.class文件中
  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java.lang.Class对象
   用来封装类在方法区内的数据结构 

类的加载主要加载堆中Class对象
 Class对象封装了类在方法区内的数据结构
 并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口 

类加载器报错的场景

类加载器:
   可提前加载类,JVM允许提前对类进行预加载
   如果此时出现.class文件丢失,则会产生相应的错误信息(此信息会在第一次使用该类时,爆出相应的错误信息)
   

加载.class文件的方式

本地:
   从本地系统中直接加载
远程:
   通过网络下载.class文件
压缩包:
   从zip，jar等归档文件中加载.class文件
数据库:
   从专有数据库中提取.class文件
动态生成:
   将Java源文件动态编译为.class文件

类的生命周期简介说明

类加载的过程包括
   加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段

注意事项:
   加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序执行
   解析则可能会发生在初始化阶段之后

加载

查找并加载类的二进制数据
JVM加载类主要进行三个阶段:
   1.根据类的全限定名获取其二进制字节流
   2.将字节流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java堆中生成一个此类的Class对象,作为方法区访问这些数据的入口
注意事项:
   当加载阶段完成后,虚拟机外部的二进制字节流按照JVM所要求的格式存储在方法区中
   同时Java堆中也创建了一个java.lang.Class类对象
  

验证

确保被加载的类的正确性

验证:
  连接阶段的第一步
  这一阶段的目的
  为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求
   并且不会危害虚拟机自身的安全
    
验证阶段会完成4个阶段的操作：
文件格式验证:
    验证字节流是否符合Class文件格式的规范
	 例:是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。
元数据验证:
    对字节码描述的信息进行语义分析(注意：对比javac编译阶段的语义分析)
	 以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求
	  例:这个类是否有父类，除了java.lang.Object之外。
字节码验证:
    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。
符号引用验证:
    确保解析动作能正确执行。
验证阶段是非常重要的
     但不是必须的
     它对程序运行期没有影响
    如果所引用的类经过反复验证
     那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。

准备

为类的静态变量分配内存
  并将其初始化为默认值

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段
   这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：
   1.这时候进行内存分配的仅包括类变量(static)
      而不包括实例变量
      实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。
   2.这里所设置的初始值通常情况下是
       数据类型默认的零值(如0、0L、null、false等)
	    而不是被在Java代码中被显式地赋予的值

类变量的定义
  public static int value = 8;

变量value在准备阶段过后的初始值为0
  而不是8
因为这时候尚未开始执行任何Java方法
  而把value赋值为8的putstatic指令是在程序编译后
  存放于类构造器()方法之中
  所以把value赋值为8的动作将在初始化阶段才会执行

注意事项:
    对基本数据类型
    对于类变量(static)和全局变量
   如果不显式地对其赋值而直接使用，则系统会为其赋予默认的零值，而对于局部变量来说，在使用前必须显式地为其赋值，否则编译时不通过。

  对于同时被static和final修饰的常量
   必须在声明的时候就为其显式地赋值，否则编译时不通过；
  只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值
   也可以在类初始化时显式地为其赋值，总之，在使用前必须为其显式地赋值，系统不会为其赋予默认零值。
对于引用数据类型reference来说
   如数组引用、对象引用等，如果没有对其进行显式地赋值而直接使用，系统都会为其赋予默认的零值，即null。

如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值，那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认的零值。

  如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性
    即同时被final和static修饰
   那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstValue属性所指定的值。

 上面的类变量value被定义为： public static final int value = 8；
  编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性
   在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为8

解析

把类中的符号引用转换为直接引用
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程
  解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行
  符号引用就是一组符号来描述目标,可以是任何字面量 
直接引用就是直接指向目标的指针
    相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄 

初始化

初始化
   为类的静态变量赋予正确的初始值
  JVM负责对类进行初始化
  主要对类变量进行初始化
 
 在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式：
   声明类变量是指定初始值
   使用静态代码块为类变量指定初始值

JVM初始化步骤

如果这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类
如果该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类
如果类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句
 
何时会导致类初始化：
   只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化

类的主动使用包括以下六种：
  创建类的实例，也就是new的方式
  访问某个类或接口的静态变量，或对该静态变量赋值
  调用类的静态方法
  反射(如Class.forName(“com.java265.Test”))
  初始化某个类的子类
   则其父类也会被初始化
  Java虚拟机启动时被标明为启动类的类(Java Test)
   直接使用java.exe命令来运行某个主类

结束生命周期

当出现以下情况时,JVM将结束生命周期 
   1.执行System.exit()方法
   2.程序正常执行结束
   3.程序在执行过程中遇到异常或错误而异常终止
   4.操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止