JVM（一）---- 總結(jié)與專題目錄
JVM（二）----Java運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域
JVM（三）----垃圾收集算法及Safe Point介紹
JVM（四）----HotSpot的垃圾收集器與內(nèi)存分配回收策略
JVM（五）----虛擬機(jī)類加載機(jī)制

虛擬機(jī)把描述類的數(shù)據(jù)從Class文件加載到內(nèi)存，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，類型的加載、連接和初始化，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的Java類型，這就是虛擬機(jī)的類加載機(jī)制。

JVM類加載機(jī)制分為五個(gè)部分：加載，驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析，初始化，如下圖：

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• 加載

加載是類加載過程中的一個(gè)階段，這個(gè)階段會(huì)在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的入口。注意這里不一定非得要從一個(gè)Class文件獲取，這里既可以從ZIP包中讀?。ū热鐝膉ar包和war包中讀取），也可以在運(yùn)行時(shí)計(jì)算生成（動(dòng)態(tài)代理），也可以由其它文件生成（比如將JSP文件轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的Class類）。

• 驗(yàn)證
  這一階段的主要目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息是否符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。
  1.文件格式驗(yàn)證
  2.元數(shù)據(jù)驗(yàn)證
  3.字節(jié)碼驗(yàn)證
  4.符號(hào)引用驗(yàn)證

• 準(zhǔn)備

準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量（被static修飾）的初始值階段，即在方法區(qū)中分配這些變量所使用的內(nèi)存空間。注意這里所說的初始值概念，比如一個(gè)類變量定義為：
public static int v = 123;
實(shí)際上變量 v 在準(zhǔn)備階段過后的初始值為0而不是123，將v賦值為123的putstatic指令是程序被編譯后，存放于類構(gòu)造器<client>方法之中，所以把value賦值為123的動(dòng)作將在初始化階段才會(huì)執(zhí)行這里我們后面會(huì)解釋。
但是注意如果聲明為：
public static final int v = 123;
在編譯階段會(huì)為v生成ConstantValue屬性，在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)ConstantValue屬性將v賦值為123。

• 解析

解析階段是指虛擬機(jī)將常量池中的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。符號(hào)引用就是class文件中的：
CONSTANT_Class_info
CONSTANT_Field_info
CONSTANT_Method_info 等類型的常量。

下面解釋一下符號(hào)引用和直接引用的概念：

• 符號(hào)引用與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的布局無關(guān)，引用的目標(biāo)并不一定要已經(jīng)加載到內(nèi)存中。各種虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局可以各不相同，但是它們能接受的符號(hào)引用必須是一致的，因?yàn)榉?hào)引用的字面量形式明確定義在Java虛擬機(jī)規(guī)范的Class文件格式中。
• 直接引用可以是指向目標(biāo)的指針，相對偏移量或是一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄。如果有了直接引用，那引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。

• 初始化
  初始化階段是類加載最后一個(gè)階段，前面的類加載階段之后，除了在加載階段可以自定義類加載器以外，其它操作都由JVM主導(dǎo)。到了初始階段，才開始真正執(zhí)行類中定義的Java程序代碼。

虛擬機(jī)對于類的初始化階段嚴(yán)格規(guī)定了有且僅有只有5種情況如果對類沒有進(jìn)行過初始化，則必須對類進(jìn)行“初始化”！

1. 遇到new、讀取一個(gè)類的靜態(tài)字段（getstatic）、設(shè)置一個(gè)類的靜態(tài)字段（putstatic）、調(diào)用一個(gè)類的靜態(tài)方法（invokestatic）。
2. 使用java.lang.reflect包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用時(shí)。
3. 當(dāng)類初始化一個(gè)類的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化。（如果是接口，則不必觸發(fā)其父類初始化）
4. 當(dāng)虛擬機(jī)執(zhí)行一個(gè)main方法時(shí)，會(huì)首先初始化main所在的這個(gè)主類。
5. 當(dāng)只用jdk1.7的動(dòng)態(tài)語言支持時(shí)，如果一個(gè)java.lang.invoke.MethodHandle實(shí)例最后的解析結(jié)果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個(gè)方法句柄所對應(yīng)的類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
   上面5種場景是有且僅有，稱之為“主動(dòng)引用”，只有滿足上述5種場景之一，才會(huì)觸發(fā)對類進(jìn)行初始化。

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注意以下幾種情況不會(huì)執(zhí)行類初始化：

• 通過子類引用父類的靜態(tài)字段，只會(huì)觸發(fā)父類的初始化，而不會(huì)觸發(fā)子類的初始化。
• 定義對象數(shù)組，不會(huì)觸發(fā)該類的初始化。
• 常量在編譯期間會(huì)存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上并沒有直接引用定義常量的類，不會(huì)觸發(fā)定義常量所在的類。
• 通過類名獲取Class對象，不會(huì)觸發(fā)類的初始化。
• 通過Class.forName加載指定類時(shí)，如果指定參數(shù)initialize為false時(shí)，也不會(huì)觸發(fā)類初始化，其實(shí)這個(gè)參數(shù)是告訴虛擬機(jī)，是否要對類進(jìn)行初始化。
• 通過ClassLoader默認(rèn)的loadClass方法，也不會(huì)觸發(fā)初始化動(dòng)作。

初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>方法的過程。<clinit>方法是由編譯器自動(dòng)收集類中的類變量的賦值操作和靜態(tài)語句塊中的語句合并而成的。虛擬機(jī)會(huì)保證<clinit>方法執(zhí)行之前，父類的<clinit>方法已經(jīng)執(zhí)行完畢,因此在虛擬機(jī)中第一個(gè)被執(zhí)行的<clinit>()方法的類肯定是java.lang.Object。

由于父類的<clinit>()方法先執(zhí)行，也就意味著父類中定義的靜態(tài)語句塊要優(yōu)于子類的變量賦值操作。

p.s: 如果一個(gè)類中沒有對靜態(tài)變量賦值也沒有靜態(tài)語句塊，那么編譯器可以不為這個(gè)類生成<clinit>()方法。

• 類加載器

虛擬機(jī)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)把加載動(dòng)作放到JVM外部實(shí)現(xiàn)，以便讓應(yīng)用程序決定如何獲取所需的類，JVM提供了3種類加載器：

啟動(dòng)類加載器(Bootstrap ClassLoader)：負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib 目錄中的，或通過-Xbootclasspath參數(shù)指定路徑中的，且被虛擬機(jī)認(rèn)可（按文件名識(shí)別，如rt.jar）的類。
擴(kuò)展類加載器(Extension ClassLoader)：負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的，或通過java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定路徑中的類庫。
應(yīng)用程序類加載器(Application ClassLoader)：負(fù)責(zé)加載用戶路徑（classpath）上的類庫。
JVM通過雙親委派模型進(jìn)行類的加載，當(dāng)然我們也可以通過繼承java.lang.ClassLoader實(shí)現(xiàn)自定義的類加載器。

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當(dāng)一個(gè)類加載器收到類加載任務(wù)，會(huì)先交給其父類加載器去完成，因此最終加載任務(wù)都會(huì)傳遞到頂層的啟動(dòng)類加載器，只有當(dāng)父類加載器無法完成加載任務(wù)時(shí)，才會(huì)嘗試執(zhí)行加載任務(wù)。

采用雙親委派的一個(gè)好處是比如加載位于rt.jar包中的類java.lang.Object，不管是哪個(gè)加載器加載這個(gè)類，最終都是委托給頂層的啟動(dòng)類加載器進(jìn)行加載，這樣就保證了使用不同的類加載器最終得到的都是同樣一個(gè)Object對象。