小白学java|室友打了俩把LOL，我知道了类是怎样加载的开发语言|后端|jvm|java

目录
类加载
类加载的时机
类加载的过程
加载阶段
验证阶段
准备阶段
解析阶段
初始化阶段
类加载器
双亲委派
破坏双亲委派
本文摘自（深入理解JVM）如有错误望指出
类加载 Java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，最终形成可被java虚拟机直接使用的java类型，这个过程被称为虚拟机的类加载机制
在java语言里面，类型的加载、连接和初始化都是在程序运行期间完成的
“Class文件”也并非特指某个存在于具体磁盘的文件，而应当是一串二进制字节流
类加载的时机一个类型被加载到java虚拟机内存中开始到内存结束时，会经历七个阶段，加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载。
其中验证、准备、解析三个部分统称为连接
加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类型的加载过程必须按照这种顺序按部就班的开始，而解析阶段则不一样，它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）。
这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，会在一个阶段执行的过程中调用、激活另一个阶段。
在什么情况下需要开始类加载的过程中的第一个阶段“加载”：

遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化阶段，场景：
- 使用new实例化对象
- 读取或设置一个类型的静态字段
- 调用一个类型的静态方法
使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用的时候，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化
当初始化类的时候，还没有触发其父类的初始化则先触发父类的初始化
虚拟机启动时，初始化主类（包含main（）方法的）
当使用JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
当一个接口中定义了JDK 8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

这六种场景中的行为称为对一个类型进行主动引用。除此之外，所有引用类型的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

package org.fenixsoft.classloading; /**\* 被动使用类字段演示一： \* 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化 **/ public class SuperClass { static { System.out.println("SuperClass init!"); }public static int value = https://www.it610.com/article/123; }public class SubClass extends SuperClass { static { System.out.println("SubClass init!"); } }/**\* 非主动使用类字段演示 **/ public class NotInitialization { public static void main(String[] args) { System.out.println(SubClass.value); } }

上述代码运行之后，只会输出“SuperClass init！”，而不会输出“SubClass init！”。对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化

package org.fenixsoft.classloading; /**\* 被动使用类字段演示二： \* 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化 **/ public class NotInitialization { public static void main(String[] args) { SuperClass[] sca = new SuperClass[10]; } }/**\* 被动使用类字段演示三： \* 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化 **/ public class ConstClass { static { System.out.println("ConstClass init!"); }public static final String HELLOWORLD = "hello world"; }/**\* 非主动使用类字段演示 **/ public class NotInitialization { public static void main(String[] args) { System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD); } }

类加载的过程加载阶段
在加载阶段，Java虚拟机需要完成以下三件事情：

通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
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
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

验证阶段
验证是连接阶段的第一步
确保Class文件中包含的字节流符合《java虚拟机规范》，保证这些信息不会危害虚拟机的安全
验证的工作量在虚拟机的类加载过程中占了很大的比重
蕴含四个阶段：

文件格式验证

【小白学java|室友打了俩把LOL，我知道了类是怎样加载的】这一阶段是验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前虚拟机的版本所处理

是否以魔数0xCAFEBABE开头
主、次版本号是否在当前Java虚拟机接受范围之内。
常量池的常量中是否有不被支持的常量类型（检查常量tag标志）
指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量
CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UTF-8编码的数据
Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息
............等等

元数据验证

第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，保证其描述的信息符合《java语言规范》的要求，验证点如下：

·这个类是否有父类（除了java.lang.Object之外，所有的类都应当有父类）
·这个类的父类是否继承了不允许被继承的类（被final修饰的类）。
·如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法
类中的字段、方法是否与父类产生矛盾（例如覆盖了父类的final字段，或者出现不符合规则的方法重载，例如方法参数都一致，但返回值类型却不同等）。
........等等

第二阶段的主要目的是对类的元数据信息进行语义校验，保证不存在与《java语言规范》不相符的元数据信息

字节码验证

第三阶段是整个验证过程中最复杂的一个阶段
要目的是通过数据流分析和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的

保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作，例如不会出现类似于“在操作栈放置了一个int类型的数据，使用时却按long类型来加载入本地变量表中”这样的情况
·保证任何跳转指令都不会跳转到方法体以外的字节码指令上。
·保证方法体中的类型转换总是有效的，例如可以把一个子类对象赋值给父类数据类型，这是安全的，但是把父类对象赋值给子类数据类型，甚至把对象赋值给与它毫无继承关系、完全不相干的一个数据类型，则是危险和不合法的。
等等.........

如果一个类型中有方法体的字节码没有通过字节码验证，那它肯定是有问题的；
但如果一个方法体通过了字节码验证，也仍然不能保证它一定就是安全的。即使字节码验证阶段中进行了再大量、再严密的检查，也依然不能保证这一点

符号引用验证

最后一个阶段的校验行为发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用[3]的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段——解析阶段中发生
。符号引用验证可以看作是对类自身以外（常量池中的各种符号
引用）的各类信息进行匹配性校验，通俗来说就是，该类是否缺少或者被禁止访问它依赖的某些外部
类、方法、字段等资源。本阶段通常需要校验下列内容：

·符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类。
·在指定类中是否存在符合方法的字段描述符及简单名称所描述的方法和字段
·符号引用中的类、字段、方法的可访问性（private、protected、public、）是否可被当前类访问。

验证阶段对于虚拟机的类加载机制来说，是一个非常重要的、但却不是必须要执行的阶段，因为验证阶段只有通过或者不通过的差别，只要通过了验证，其后就对程序运行期没有任何影响了
准备阶段
准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段
假设一个类变量的定义为：

public static int value = https://www.it610.com/article/123;

那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123，因为这时尚未开始执行任何Java方法，
而把value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器()方法之中，
所以把value赋值为123的动作要到类的初始化阶段才会被执行

如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那在准备阶段变量值就会被初始化为ConstantValue属性所指定的初始值
假设上面类变量value的定义修改为：

public static final int value = https://www.it610.com/article/123;

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Con-stantValue的设置将value赋值为123。

上面讲述了设置类变量初始值，但没讲述分配内存，分配在哪里呢？
分配在哪个空间是比较模糊的，概念上是被分配在方法区中，但必须注意方法区是一个逻辑上的区域，JDK7以前可以说被分配在方法区，7以后就是一种，这时候“类变量在方法区”就完全是一种对逻辑概念的表述了
解析阶段
解析阶段是Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

符号引用（Symbolic References）：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，只要使用时能无歧义地定位到目标即可
·直接引用（Direct References）：直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能间接定位到目标的句柄

符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，直接引用是和虚拟机实现的内存布局直接相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。
如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在虚拟机的内存中存在。
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这7类符号引用进行

初始化阶段
类的初始化阶段是类加载过程的最后一个步骤，之前介绍的几个类加载的动作里，
除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器的方式局部参与外，其余动作都完全由Java虚拟机来主导控制。
直到初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程序。
进行准备阶段时，变量已经赋过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段，
则会根据程序员通过程序编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。
我们也可以从另外一种更直接的形式来表达：初始化阶段就是执行类构造器()方法的过程
·()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）中的语句合并产生的，它是Javac编译器的自动生成物
编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问

public class Test { ? static { ? i = 0; // 给变量赋值可以正常编译通过 ? System.out.print(i); // 这句编译器会提示“非法向前引用” ? } ? static int i = 1; ? }

()方法与类的构造函数（即在虚拟机视角中的实例构造器()方法）不同，
它不需要显式地调用父类构造器，Java虚拟机会保证在子类的()方法执行前，父类的()方法已经执行完毕。
因此在Java虚拟机中第一个被执行的()方法的类型肯定是java.lang.Object。
·由于父类的()方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作
方法对类或接口来说不是必须的，因为类中不一定需要静态语句块，而且如果没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成()方法。
接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成()方法，但接口与类不同的是，执行接口的()方法不需要先执行父接口的()方法，
因为只有当父接口中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。此外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的()方法
Java虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程环境中被正确地加锁同步，
如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有其中一个线程去执行这个类的()方法，其他线程都需要阻塞等待，
直到活动线程执行完毕()方法。如果在一个类的()方法中有耗时很长的操作，那就可能造成多个进程阻塞
在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的

static class DeadLoopClass { ? static { ? // 如果不加上这个if语句，编译器将提示“Initializer does not complete normally” ? 并拒绝编译 ? if (true) { ? System.out.println(Thread.currentThread() + "init DeadLoopClass"); ? while (true) { ? } ? } ? } ? } ? public static void main(String[] args) { ? Runnable script = new Runnable() { ? public void run() { ? System.out.println(Thread.currentThread() + "start"); ? DeadLoopClass dlc = new DeadLoopClass(); ? System.out.println(Thread.currentThread() + " run over"); ? } ? }; ? Thread thread1 = new Thread(script); ? Thread thread2 = new Thread(script); ? thread1.start(); ? thread2.start(); ? } 运行结果如下，一条线程在死循环以模拟长时间操作，另外一条线程在阻塞等待 Thread[Thread-0,5,main]start ? Thread[Thread-1,5,main]start ? Thread[Thread-0,5,main]init DeadLoopClass

同一个类加载器下，一个类型只会被初始化一次
类加载器比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个
Class文件，被同一个Java虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等

名称	加载哪的类	说明
Bootstrap ClassLoader	JAVE_HOME/jre/lib	无法直接访问 null
Extension ClassLoader	JAVE_HOME/jre/lib/ext	上级为Bootstrap
Application ClassLoader	classpath	上级为Extension
自定义类加载器	自定义	上级为Application

由下至上询问是否加载
双亲委派
小白学java|室友打了俩把LOL，我知道了类是怎样加载的

文章图片

图中展示的各种类加载器之间的层次关系被称为类加载器的“双亲委派模型（Parents Delegation Model）”。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载
器。不过这里类加载器之间的父子关系一般不是以继承（
Inheritance）的关系来实现的，而是通常使用
组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，
而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，
只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。
小白学java|室友打了俩把LOL，我知道了类是怎样加载的

文章图片

破坏双亲委派

双亲委派第一次被破坏

即为了兼容双亲委派模型出现之前（JDK1.2）的代码不得不做出的妥协
只能在JDK1.2，只能在JDK 1.2之后的java.lang.ClassLoader中添加一个新的
protected方法findClass()，并引导用户编写的类加载逻辑时尽可能去重写这个方法，而不是在 loadClass()中编写代码

双亲委派第二次被破坏

是由于自身这个双亲委派模型的缺陷导致的
双亲委派很好地解决了各个类加载器协作时基础类型的一致性问题（越基础的类由越上层的加载器进行加载）
基础类型之所以被称为“基础”，是因为它们总是作为被用户代码继承、调用的API存在，但程序设计往往没有绝对不变
的完美规则，如果有基础类型又要调用回用户的代码，那该怎么办呢？
这时候就需要线程上下文加载器了
这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContext-ClassLoader()方
法进行设置，如果创建线程时还未设置，它将会从父线程中继承一个，如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话，那这个类加载器默认就是应用程序类加载器
有了线程上下文类加载器，程序就可以做一些“舞弊”的事情了
这是一种父类加载器去请求子类加载器完成类加载的行为，这种行
为实际上是打通了双亲委派模型的层次结构来逆向使用类加载器，已经违背了双亲委派模型的一般性原则，但也是无可奈何的事情

双亲委派模型的第三次“被破坏”

是由于用户对程序动态性的追求而导致的
动态性：代码热替换（Hot Swap）、模块热部署（Hot Deployment）等。说白了就是希望Java应用程序能像我们的电脑外设那样，接上鼠标、U盘，不用重启机器就能立即使用
由IBM公司提出的OSGi提案动态化
OSGi通过类加载器实现热部署：
1）将以java.*开头的类，委派给父类加载器加载。
2）否则，将委派列表名单内的类，委派给父类加载器加载。
3）否则，将Import列表中的类，委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。
4）否则，查找当前Bundle的ClassPath，使用自己的类加载器加载。
5）否则，查找类是否在自己的Fragment Bundle中，如果在，则委派给Fragment Bundle的类加载器
加载。
6）否则，查找Dynamic Import列表的Bundle，委派给对应Bundle的类加载器加载。
7）否则，类查找失败。
上面的查找顺序中只有开头两点仍然符合双亲委派模型的原则，其余的类查找都是在平级的类加载器中进行的
笔者虽然使用了“被破坏”这个词来形容上述不符合双亲委派模型原则的行为，但这里“被破坏”并不一定是带有贬义的。只要有明确的目的和充分的理由，突破旧有原则无疑是一种创新。

双亲委派第四次被破坏

是JDK9之后出现的
JDK 9中虽然仍然维持着三层类加载器和双亲委派的架构，但类加载的委派关系也发生了变动。当平台及应用程序类加载器收到类加载请求，在委派给父加载器加载前
要先判断该类是否能够归属到某一个系统模块中，如果可以找到这样的归属关系，就要优先委派给负责那个模块的加载器完成加载，也许这可以算是对双亲委派的第四次破坏