JAVA類加載機制的詳細解析

這篇文章主要講解了JAVA類加載機制的詳細解析，內容清晰明了，對此有興趣的小伙伴可以學習一下，相信大家閱讀完之后會有幫助。

1.一段簡單的代碼

首先來一段代碼，這個是單例模式，可能有的人不知道什么是單例模式，我就簡單說一下

單例模式是指一個類有且只有一種對象實例。這里用的是餓漢式，還有懶漢式，雙檢鎖等等。。。。

寫這個是為了給大家看一個現象

class SingleTon{
 public static int count1;
 public static int count2=0;
 private static SingleTon instance=new SingleTon();
 public SingleTon(){
  count1++;
  count2++;
 }

 public static SingleTon getInstance() {
  return instance;
 }
}
public class JVMTest {
 public static void main(String[] args) {
  SingleTon.getInstance();
  System.out.println(SingleTon.count1);
  System.out.println(SingleTon.count2);
 }
}

執行結果：

同樣的代碼我把private static SingleTon instance=new SingleTon()移到上面

我們再看執行結果：

可以發現執行結果發生了變化

這個先放在這，等了解了類加載機制過程，后面再說

2.什么是類加載機制

　　概念：Java中的類加載機制指虛擬機把描述類的數據從 Class 文件加載到內存，并對數據進行校驗、轉換、解析和初始化，最終形成可以被虛擬機直接使用的 Java 類型。

　　大白話：其實就是把字節碼文件放在虛擬機里面去

　　與那些在編譯時需要進行連接工作的語言不同，在Java語言中，類型的加載、連接、初始化都是在程序運行期間完成的，這種策略雖然會令類加載時稍微多一些性能的開銷，但是會為Java應用程序提供高度的靈活性。

　　類從被加載到虛擬機內存中開始，到卸載出內存為止，它的整個生命周期包括了：加載、驗證、準備、解析、初始化、使用、卸載七個階段。驗證、準備、解析被稱為連接

　　注意：加載、驗證、準備、初始化、使用、卸載這幾個順序是確定的，但是解析不一定，它在某些情況下可以在初始化階段后再開始，主要是為了支持Java語言運行時綁定（只做了解即可）

　　類加載機制包括前面五個階段。

3.類加載時機

　　什么情況下虛擬機需要開始加載一個類呢？虛擬機規范中并沒有對此進行強制約束，這點可以交給虛擬機的具體實現來自由把握。

4.類初始化時機

　　那么，什么情況下虛擬機需要開始初始化一個類呢？這在虛擬機規范中是有嚴格規定的，虛擬機規范指明 有且只有 五種情況必須立即對類進行初始化（而這一過程自然發生在加載、驗證、準備之后）：

　　遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這四條字節碼指令（注意，newarray指令觸發的只是數組類型本身的初始化，而不會導致其相關類型的初始化（比如，new String[]只會直接觸發String[]的初始化，也就是觸發對類java.lang.String的初始化，而直接不會觸發String類的初始化）時，如果類沒有進行過初始化，則需要先對其進行初始化。

生成這四條指令的最常見的Java代碼場景是：

1  使用new關鍵字實例化對象的時候；
2  讀取或設置一個類的靜態字段（被final修飾，已在編譯器把結果放入常量池的靜態字段除外）的時候；
3  調用一個類的靜態方法的時候。
　　2) 使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射調用的時候，如果類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。

　　3) 當初始化一個類的時候，如果發現其父類還沒有進行過初始化，則需要先觸發其父類的初始化。

　　4) 當虛擬機啟動時，用戶需要指定一個要執行的主類（包含main()方法的那個類），虛擬機會先初始化這個主類。

　　5) 當使用jdk1.7動態語言支持時，如果一個java.lang.invoke.MethodHandle實例最后的解析結果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個方法句柄所對應的類沒有進行初始

化，則需要先出觸發其初始化。

　　注意，對于這五種會觸發類進行初始化的場景，虛擬機規范中使用了一個很強烈的限定語：“有且只有”，這五種場景中的行為稱為對一個類進行 主動引用。除此之外，所有引用類的方式，都不會觸發初始化，稱為 被動引用。

　　特別需要指出的是，類的實例化與類的初始化是兩個完全不同的概念：

　　　　類的實例化是指創建一個類的實例(對象)的過程；

5.類加載過程

加載：

加載“是”類加機制”的第一個過程，在加載階段，虛擬機主要完成三件事：

（1）通過一個類的全限定名（可以理解為絕對路徑）來獲取其定義的二進制字節流

（2）將這個字節流所代表的的靜態存儲結構轉化為方法區的運行時數據結構

（3）在堆中生成一個代表這個類的Class對象，作為方法區中這些數據的訪問入口。

相對于類加載的其他階段而言，加載階段是可控性最強的階段，因為程序員可以使用系統的類加載器加載，還可以使用自己的類加載器加載。我們在最后一部分會詳細介紹這個類加載器

驗證

驗證的主要作用就是確保被加載的類的正確性。也是連接階段的第一步。說白了也就是我們加載好的.class文件不能對我們的虛擬機有危害，所以先檢測驗證一下。他主要是完成四個階段的驗證：

（1）文件格式的驗證：驗證.class文件字節流是否符合class文件的格式的規范，并且能夠被當前版本的虛擬機處理。這里面主要對魔數、主版本號、常量池等等的校驗（魔數、主版本號都是.class文件里面包含的數據信息、在這里可以不用理解）。

（2）元數據驗證：主要是對字節碼描述的信息進行語義分析，以保證其描述的信息符合java語言規范的要求，比如說驗證這個類是不是有父類，類中的字段方法是不是和父類沖突等等。

（3）字節碼驗證：這是整個驗證過程最復雜的階段，主要是通過數據流和控制流分析，確定程序語義是合法的、符合邏輯的。在元數據驗證階段對數據類型做出驗證后，這個階段主要對類的方法做出分析，保證類的方法在運行時不會做出威海虛擬機安全的事。

（4）符號引用驗證：它是驗證的最后一個階段，發生在虛擬機將符號引用轉化為直接引用的時候。主要是對類自身以外的信息進行校驗。目的是確保解析動作能夠完成。

對整個類加載機制而言，驗證階段是一個很重要但是非必需的階段，如果我們的代碼能夠確保沒有問題，那么我們就沒有必要去驗證，畢竟驗證需要花費一定的的時間。當然我們可以使用-Xverfity:none來關閉大部分的驗證。

準備：

為類變量分配內存，并將其初始化為默認值。（此時為默認值，在初始化的時候才會給變量賦值）即在方法區中分配這些變量所使用的內存空間。例如

public static int value = 123;

此時在準備階段過后的初始值為0而不是123；

特例：

public static final int value = 123;

此時value的值在準備階段過后就是123。

解析：

解析階段將類中符號引用轉換為直接引用。符號引用以一組符號來描述所引用的目標，符號可以是任何形式的字面量，只要使用時能夠無歧義的定位到目標即可。

初始化：

初始化階段是執行類構造器<client>方法的過程。<client>方法是由編譯器自動收集類中的類變量的賦值操作和靜態語句塊中的語句合并而成的。虛擬機會保證<client>方法執行之前，父類的<client>方法已經執行完畢。如果一個類中沒有對靜態變量賦值也沒有靜態語句塊，那么編譯器可以不為這個類生成<client>()方法。

java中，對于初始化階段，有且只有以下五種情況才會對要求類立刻“初始化”（加載，驗證，準備，自然需要在此之前開始）：

1  使用new關鍵字實例化對象、訪問或者設置一個類的靜態字段（被final修飾、編譯器優化時已經放入常量池的例外）、調用類方法，都會初始化該靜態字段或者靜態方法所在的類。

2  初始化類的時候，如果其父類沒有被初始化過，則要先觸發其父類初始化。

3  使用java.lang.reflect包的方法進行反射調用的時候，如果類沒有被初始化，則要先初始化。

4  虛擬機啟動時，用戶會先初始化要執行的主類（含有main）

5  jdk 1.7后，如果java.lang.invoke.MethodHandle的實例最后對應的解析結果是 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic方法句柄，并且這個方法所在類沒有初始化，則先初始化。

JVM初始化步驟

1、假如這個類還沒有被加載和連接，則程序先加載并連接該類

2、假如該類的直接父類還沒有被初始化，則先初始化其直接父類

3、假如類中有初始化語句，則系統依次執行這些初始化語句

6.分析剛開始的問題

第一種情況：

連接階段：為靜態變量賦值初始值，SingleTon=null,count1=0,count2=0

初始化階段：從上到下執行賦值操作和靜態代碼塊

　　count1=0,count2=0創建對象后對兩個值進行遞增結果count1=1,count2=1

第二種情況：

連接階段：為靜態變量賦值初始值，SingleTon=null,count1=0,count2=0

初始化階段：從上到下執行賦值操作和靜態代碼塊

　　先創建對象后對兩個值進行遞增count1=1,count2=1

　　再賦值count1沒變,count2=0

6.類加載器分類

· 啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：

啟動類加載器負責加載存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數指定的路徑中的類。

· 擴展類加載器（ExtClassLoader）：

擴展類加載器負責加載JDK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.*開頭的類）。

· 應用類加載器（AppClassLoader）：

應用類加載器負責加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發者可以直接使用該類加載器。

類加載器的職責：

· 全盤負責：

當一個類加載器負責加載某個Class時，該Class所依賴的和引用的其他Class也將由該類加載器負責載入，除非顯式使用另外一個類加載器來載入。

· 父類委托：

類加載機制會先讓父類加載器試圖加載該類，只有在父類加載器無法加載該類時才嘗試從自己的類路徑中加載該類。

父類委托機制是為了防止內存中出現多份同樣的字節碼，保證java程序安全穩定運行。

· 緩存機制：

緩存機制將會保證所有加載過的Class都會被緩存，當程序中需要使用某個Class時，先從緩存區尋找該Class，只有緩存區不存在，系統才會讀取該類對應的二進制數據，并將其轉換成Class對象，存入緩存區。這就是為什么修改了Class后，必須重啟JVM，程序的修改才會生效。

7.雙親委派模型

類加載器 Java 類如同其它的 Java 類一樣，也是要由類加載器來加載的；除了啟動類加載器，每個類都有其父類加載器（父子關系由組合（不是繼承）來實現）；

所謂雙親委派是指每次收到類加載請求時，先將請求委派給父類加載器完成（所有加載請求最終會委派到頂層的Bootstrap ClassLoader加載器中），如果父類加載器無法完成這個加載（該加載器的

搜索范圍中沒有找到對應的類），子類嘗試自己加載。

雙親委派好處

· 避免同一個類被多次加載；

· 每個加載器只能加載自己范圍內的類；

雙親委派是可以違背的么？

這個是可以的只需要我們去自定義類加載器重寫ClassLoader中的loadclass方法

看完上述內容，是不是對JAVA類加載機制的詳細解析有進一步的了解，如果還想學習更多內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道。