第二章 类加载子系统

•  类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
• ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。
• 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）。

•  class file存在于本地硬盘上
• class file加载到JVM中，被称为DNA元数据模版，放在方法区。
• 在.class文件 --> JVM --> 元数据模版，此过程需要一个运输工具，类加载器。

1. 通过一个类的全限定名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。

• 从本地系统中直接加载
• 通过网络获取，典型场景：Web Applet
• 从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础
• 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
• 由其他文件生成，比如 JSP应用
• 从专有数据库中获取，比较少见
• 从加密文件中获取，典型的防class文件被反编译的保护措施

1、验证（Verify）

• 目的在于确保class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
• 主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证
• 有效的字节码文件开头都是：CA FE BA BE

2、准备（Prepare）

• 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值。
• 这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就分配了。
• 这里不会为实例变量初始化。

3、解析（Resolve）

• 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
• 事实上，解析操作往往会在JVM执行完初始化之后再执行。
• 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标，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。

• 初始化阶段就是执行类构造器方法()的过程
• 此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量赋值的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序出现
• ()不同于类的构造器。
• 若该类有父类，JVM保证子类的()执行前，父类的()已经执行完毕。
• 虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程下被同步加锁。

• JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Define ClassLoader）。
• 从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类加载器，但是Java规范中将所有继承于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。按照Java规范中的分法，扩展类加载器和系统类加载器都属于自定义类加载器。
• 启动类加载器：
  • 用c/c++语言实现，嵌套在JVM内部
  • 它用来加载Java的核心库，用于提供JVM自身所需要的类
  • 并不继承java.lang.ClassLoader，没有父加载器
  • 加载扩展和系统类加载器，并指定为它们的父加载器
  • 出于安全考虑，启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类。
• 扩展类加载器：
  • Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现
  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为启动类加载器（父类加载器跟类的父类不是一个意思）
  • 从java.ext.dirs系统属性指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录，将会也有扩展类加载器进行加载。
• 应用程序类加载器（系统类加载器）：
  • Java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现
  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为扩展类加载器
  • 它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库
  • 该类加载器是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载。
  • 通过ClassLoader$getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器
• 用户自定义类加载器：
  • 在Java的日常执行过程中，以上三种加载方式就已足够。必要时，我们可以自定义加载器，来定义类的加载方式。
  • 为什么需要自定义类加载器？
    • 隔离加载类
    • 修改类加载方式
    • 扩展加载源
    • 防止源码泄漏

• 它是一个抽象类，除了启动类加载器之外，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader。
• getParent()，返回该类加载器的超类加载器
• loadClass(String name)，加载名称为name的类，返回结果为java.lang.Class的实例
• findClass(String name)，查找名称为name的类，返回结果为java.lang.Class的实例
• defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)，把字节数组b中的内容转换一个java类，返回结果为java.lang.Class的实例。

• 获取当前类的ClassLoader：clazz.getClassLoader()
• 获取当前线程上下文的ClassLoader：Thread.currentThread.getContextClassLoader()
• 获得系统的classLoader：ClassLoader.getSystem

public class ClassLoaderTest2 {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        ClassLoader classLoader = Class.forName("java.lang.String").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        ClassLoader contextClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        System.out.println(contextClassLoader);

        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader.getParent());
    }
}

输出：

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存中生成class对象。而且，加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派机制，即把请求交由父类处理，这是一种任务委派模式。

工作原理：

1. 如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行。
2. 如果父类的加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终到达顶层的启动类加载器。
3. 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，否则，子加载器将尝试自己去加载。

优势：

• 避免类的重复加载
• 保护程序安全，防止核心API被随意篡改（比如String类

如果自定义String类，并将其放在java.lang包下，那么这个类将由启动类加载器加载。但是由于启动类加载器会优先加载jdk自带文件里面的类，所以如果运行String类的main方法时，系统会报错，找不到main方法，因为加载的jdk里的String类是没有main方法的。这样可以保证java核心源代码的安全，被称为沙箱安全机制。

• 类的完整类名必须一致，包括包名
• 加载这个类的classLoader必须一样

JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载的，还是用户类加载器加载的。如果是由用户类加载器加载的，JVM必须将该类加载器的一个引用放在方法区中作为该类型的一部分信息。当解析一个类型到另一个类型的引用时，JVM需要保证两个类型的类加载器是相同的。

主动使用：

• 创建类的实例
• 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
• 初始化一个类的子类
• JVM启动时被标明为启动类的类
• JDK7开始提供的动态语言支持

被动使用：

除了以上其中情况，其他情况下对类的使用被看作对类的被动使用，都不会导致类的初始化