Java类的加载过程

JVM将类加载过程分为三个步骤:装载（Load），链接（Link）和初始化(Initialize),链接又分为三个步骤，如下图所示:

1)装载:查找并加载类的二进制数据;

2)链接：执行验证、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的：

验证:确保被加载类的正确性;

准备:为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值;

解析:将符号引用转成直接引用;

3)初始化:对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。

注:系统提供的类加载器主要有下面三个:

1)引导类加载器(bootstrap class loader):它用来加载 Java的核心库,是用原生代码来实现的,并不继承自 java.lang.ClassLoader。

2)扩展类加载器(extensions class loader):它用来加载 Java的扩展库。Java虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java类。

3)系统类加载器(system class loader):它根据 Java应用的类路径(CLASSPATH)来加载 Java类。一般来说,Java应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

“装载”是“类加载”过程的一个阶段。在装载阶段,虚拟机需要完成以下3件事情:

1)通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流;

2)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;

3)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。

验证是连接阶段的第一步,这一阶段的目的是为了确保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。

Java语言本身是相对安全的语言,使用纯粹的Java代码无法做到注入访问数组边界意外的数据、将一个对象转型为它并未实现的类型、跳转到不存在的代码行之类的事情,如果这样做了,编译器将拒绝编译。

Class文件并不一定要求用Java源码编译而来,可以使用任何途径产生,甚至包括用十六进制编辑器直接编写来产生Class文件。在字节码语言层面上,上述Java代码无法做到的事情都是可以实现的,至少语义上是可以表达出来的。

虚拟机如果不检查输入的字节流,对其完全信任的话,很可能会因为载入了有害的字节流而导致系统崩溃,所以验证是虚拟机对自身保护的一项重要工作。

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值得阶段,这些变量所使用的内存都讲在方法区中进行分配。这时候进行内存分配的仅包括类变量(被static修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次,这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值,假设一个类变量的定义为:

public static int value = 45;

那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是45,因为这时候尚未开始执行任何Java方法,而把value赋值为45的putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器clinit()方法之中,所以把value赋值为45的动作将在初始化阶段才会执行。

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。

类初始化阶段是类加载过程的最后一步,前面的类加载过程中,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java程序代码(或者说是字节码)

在准备阶段,变量已经赋过一次系统要求的初始值,而在初始化阶段,则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源,或者可以从另外一个角度来表达:初始化阶段是执行类构造器clinit()方法的过程。