一、內(nèi)存結(jié)構(gòu)

類加載子系統(tǒng)的職責(zé)是：加載class文件到內(nèi)存中。

完整的內(nèi)存結(jié)構(gòu)如下：

二、類加載過(guò)程

類加載過(guò)程總體分為L(zhǎng)oading（加載）、Linking（鏈接）、Initialization（初始化）三個(gè)環(huán)節(jié)，在Linking階段又細(xì)分為Verification（驗(yàn)證）、Preparation（準(zhǔn)備）、Resolution（解析）三個(gè)環(huán)節(jié)。

1. 加載（Loading）

• 通過(guò)一個(gè)類的全限定名獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流
• 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口

補(bǔ)充：加載class文件的方式

• 從本地系統(tǒng)中直接加載

• 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取，典型場(chǎng)景：Web Applet

• 從zip壓縮包中讀取，成為日后jar、war格式的基礎(chǔ)

• 運(yùn)行時(shí)計(jì)算生成，使用最多的是：動(dòng)態(tài)代理技術(shù)

• 由其他文件生成，典型場(chǎng)景：JSP應(yīng)用

• 從專有數(shù)據(jù)庫(kù)中提取.class文件，比較少見

• 從加密文件中獲取，典型的防Class文件被反編譯的保護(hù)措施

2. 鏈接（Linking）

（1）驗(yàn)證（Verification）

• 驗(yàn)證字節(jié)碼文件的字節(jié)流中包含信息符合虛擬機(jī)規(guī)范，以防止不正常的字節(jié)流危害虛擬機(jī)安全。所有能被JVM識(shí)別的字節(jié)碼文件，它的有效起始都是CA FE BA BE，它是JVM識(shí)別的一個(gè)標(biāo)識(shí)。
• 主要包括四種驗(yàn)證，文件格式驗(yàn)證，元數(shù)據(jù)驗(yàn)證，字節(jié)碼驗(yàn)證，符號(hào)引用驗(yàn)證。
• 驗(yàn)證錯(cuò)誤會(huì)報(bào)VerifyError

????????我們使用BinaryViewer打開.class文件，發(fā)現(xiàn)他的開頭都是 CAFE BABE。

（2）準(zhǔn)備（Preparation）

• 為類變量（非final修飾的static變量）分配內(nèi)存（在方法區(qū)），設(shè)置其初始值（零值）
• 如果 static 變量是 final 的基本類型，以及字符串常量，那么編譯階段值就確定了，賦值在準(zhǔn)備階段完成
• 如果 static 變量是 final 的引用類型，即new的對(duì)象，賦值在初始化階段完成
• 實(shí)例變量不會(huì)被分配初始化，實(shí)例變量隨對(duì)象被分配到Java堆中。

（3）解析（Resolution）（存疑）

• 將常量池內(nèi)的符號(hào)應(yīng)用轉(zhuǎn)換為直接引用。
• 符號(hào)引用是一組來(lái)描述所引用的目標(biāo)。直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或者一個(gè)間接定位到目標(biāo)的句柄。

3. 初始化（Initialization）

????????（1）初始化階段就是執(zhí)行類構(gòu)造器方法<clinit>()的過(guò)程。此方法不需定義，是javac編譯器自動(dòng)收集類中的所有類變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)代碼塊中的語(yǔ)句合并而來(lái)。

????????也就是說(shuō)，沒有類變量和靜態(tài)代碼塊，就不會(huì)有<clinit>，比如下面這段代碼：

????????在字節(jié)碼文件中，一個(gè)類的方法會(huì)被解析到methods文件目錄下，構(gòu)造器對(duì)應(yīng)目錄下的<init>()方法, main()就對(duì)應(yīng)main()。

????????我們使用idea的jclasslib插件查看method，發(fā)現(xiàn)只有類構(gòu)造器<init>和main方法。

????????（2）構(gòu)造器方法中指令按語(yǔ)句在源文件中出現(xiàn)的順序執(zhí)行。

????????結(jié)合如下代碼進(jìn)行理解：

? ? ? ? 1. 我們?cè)陟o態(tài)代碼塊中使用了類變量number，但是number的定義是在整個(gè)靜態(tài)代碼塊之后，能這樣做的原因是，在鏈接的準(zhǔn)備階段，我們已經(jīng)為number分配了內(nèi)存，并設(shè)置初始值為0.

? ? ? ? 2. 但是不能在聲明之前進(jìn)行引用。

????????使用jclasslib查看<clinit>的代碼，如下：

? ? ? ? 這串代碼是與文件里語(yǔ)句的順序?qū)?yīng)起來(lái)的。

?????????因此執(zhí)行這段代碼后，number的值應(yīng)該是10，而不是20.

? ? ? ? （3）若該類具有父類，JVM會(huì)保證子類的<clinit>()執(zhí)行前，父類的<clinit>()已經(jīng)執(zhí)行完畢。

????????（4）虛擬機(jī)必須保證一個(gè)類的<clinit>()方法在多線程下被同步加鎖。

????????以這段代碼為例，嘗試多線程加載一個(gè)類。

????????執(zhí)行這段代碼的結(jié)果是，永遠(yuǎn)會(huì)有一個(gè)線程無(wú)法結(jié)束，因?yàn)?lt;clinit>只會(huì)有一次，也就是說(shuō)類只能被加載一次。

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