JVM的类加载机制

1、概述：JVM是Java语言实现跨平台的关键，Java语言的运行过程：

        *.java通过编译器编译为*.class，通用字节码文件并不能直接被操作系统所识别，针对不同的操作系统可安装对应的JVM，JVM将字节码解释为当前平台所能识别的机器码实现“跨平台”。

JVM执行class文件的方式：解释为主，编译为辅

解释：将字节码解释为操作系统能识别的机器码

编译：对于出现次数较多的“热点”指令直接编译为机器码存储在缓存中（JIT）

2、JVM的组成结构

JVM由类加载器、运行时数据区域、执行引擎、本地方法接口四部分组成

3、类加载过程

JVM要将字节码解释为机器码，首当其冲需要将字节码加载到JVM内存中，这个过程叫做类加载。

类从被加载到虚拟机内存中开始到卸载出内存为止，它的整个生命周期可以简单概括为 7 个阶段：：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）。其中，验证、准备和解析这三个阶段可以统称为连接（Linking）。

第一步：加载（三件事）

        一、根据完全限定名读取二进制字节流

        二、将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区(元空间)的运行时数据结构。

        三、生成该类的 Class 对象，作为方法区各种数据的访问入口。

第二步：验证——验证字节码中字节流信息是否符合当前JVM要求，并不会危害JVM的自身安全

第三步：准备——为类变量分配内存并设置初始化值

第四步：解析——将常量池符合引用替换为直接引用

第五步：初始化——执行(包含静态变量赋值与静态代码块）

        注意：定义在静态代码块之后的类变量，只能赋值，不能访问

经历上述5个步骤后，类已经被加载至JVM内存中。那么在什么情况下一个类会被加载呢？ 

4、类加载时机

      触发类加载的常见场景有以下5种情况：

一、new一个对象、访问类变量、为类变量赋值、调用类方法（new、getstatic、putstatic、  invokestatic指令）

二、对类的反射调用（Class.forName()或newInstance()）

三、预加载类的父类未加载时，先加载父类

四、程序入口方法所在类会加载

五、接口中定义了默认方法，在实现类加载前会先加载接口

注意：接口中虽无法定义静态代码块，但仍有静态变量的存在，与类不同的是，接口的类加载不会触发父接口的类加载，只有在使用到了父接口才会对父接口类加载，同样实现类也一样，未使用父接口中的资源时不加载父接口（定义了默认方法的接口例外）

        同样也有几种场景情况下不会进行类加载需要我们了解，以免混淆

一、通过子类引用访问父类的类变量，子类不加载

二、数组定义的引用类，不触发类加载，JVM会将数组类自动生成为Object的子类

三、常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并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加载。

类加载的过程已经何时会进行类加载我们已经了解了，那么谁来执行类加载呢，它需要依靠一个叫类加载器的结构完成这一步骤，类加载器属于前面JVM组成接口的一部分。

5、类加载器——执行类加载

类加载器针对加载类不同分为3大类：

        一、启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：加载基础、核心类库

        二、扩展类加载器（Extension ClassLoader）：加载扩展类库，父类加载器为Bootstrap ClassLoader

        三、应用程序类加载器/系统类（Bootstrap ClassLoader）：加载自定义类与第三方jar包类库，父类加载器为Extension ClassLoader

这三个类加载它们各司其职，但存在层次结构关系，类加载器之间的层次关系被称为双亲委派模型

双亲委派模型的工作原理：类加载器首先会将类加载请求转发至父类加载器，若父类加载器完成不了时，它才会自行加载。

这样干究竟有什么目的？

例如：java.util.lang包下有一个Object类（存放在rt.jar【由启动类加载器加载】），我们同样自定义了一个java.util.lang包下的Object类放到 ClassPath 中（由应用程序类加载器加载）。由于rt.jar 中的 Object 优先级更高，那么程序中使用的所有的 Object 都是由启动类加载器所加载的Object。

作用：使得 Java 类随着它的类加载器一起具有一种带有优先级的层次关系，从而使得基础类得到统一，避免冲突