Java类加载机制

一、为什么需要有类加载机制？

　　通常我们的程序都是在编辑器比如eclipse上编写的，充其量也只是一些文本，这些内容和逻辑要怎么执行呢？有些人可能会说java是通过执行字节码文件来运行程序的，我们编译过后会生成字节码文件(.class文件)，那请问：在执行字节码文件之前要做什么？其实就是把字节码文件加载到JVM的内存当中，只有在内存中才能运行！

二、先简单认识类要被加载到的地方——JVM内存

　　当我们启动一个java程序的时候，就会启动一个JVM虚拟机进程，这个进程包含所有这个程序所产生的线程，同一个JVM的所有线程、所有数据都放在了同一个JVM进程所包含的内存空间中，即共享该JVM进程的内存区域（一家人就是要在一起嘛）。不同的JVM进程不会共享内存。

三、JVM进程什么时候会结束？

　　当出现如下情况中的任何一种的时候，JVM进程结束：JVM进程结束的时候，所包含内存中的所有数据和状态都会丢失！

1、程序正常执行到结尾，结束；

2、程序中使用了System.exit(0)或者是Runtime.getRuntime().exit(0);中的一种语句，主动结束程序;

3、程序中发生了未捕获的异常或者是错误，导致程序结束；

4、所在平台强制结束JVM进程；

四、类加载的过程

　　小前言：地球人都知道，Java通过new操作符来产生对象的时候，都是会产生实例对象，“类”信息就是模板，这个“模板”在被使用之前，都必须通过类加载器(类似于搬运工，后面会讲到)加载到JVM内存中，供程序后续的操作使用。

　　当程序主动使用一个类的时候，JVM虚拟机会检查这个类是否被加载到了内存中，如果没有，则进行加载、连接、初始化三个步骤完成类加载！（当然JVM规范允许对类进行“预加载”，不需要等到第一次使用的时候才加载）

　　1、加载过程之步骤一：类的加载

　　类加载指的是把字节码.class文件加载到内存中，为每个字节码文件生成java.lang.Class对象(每个类其实也是一个实例，都是java.lang.Class的一个实例)，程序使用任何类的时候，都会为之生成一个java.lang.Class对象，保存在JVM的内存中。

　　类的加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供，JVM提供的类加载器一般称为系统类加载器。关于加载器体系，后面会讲到；

　　2、加载过程之步骤二：连接

　　连接阶段会把类的二进制数据合并到JRE中，类连接总共分为三个阶段执行：　　

　　（1）验证：检查被加载的类是否有正确的内部结构(规范)，是否和其他类协调一致；

　　（2）准备：负责为类变量(static)分配内存，设置初始化值；

　　（3）解析：将类中的二进制数据中的符号引用改为直接引用（欢迎各路大神对这点进行评论和进一步解释）；

　　3、加载过程之步骤三：类的初始化

　　此阶段主要是对类进行初始化，主要初始化：类变量。 类变量的初始化方式有两种：（1）声明时直接赋初始值、（2）使用静态初始化块进行赋值；

       例如有 

static int value = 5; 

　　或者有初始化块：

　　static{

　　　　value = 100;

　　}

　　JVM会顺序执行这些初始化的指令，static的值将会是代码中最后一次赋值时候的值；

　　在类的初始化的步骤通常有这三个：

　　（1）发现类没有被加载和连接，那么就会执行加载和连接；

　　（2）类有直接的父类没有被初始化，那就先执行父类的初始化；

　　（3）以此执行初始化语句，主要是针对类变量的初始化；(实例变量的初始化要在new对象的时候才会进行)；

　　因为类如果有父类，则必须进行父类的初始化1-3的步骤，以此类推，程序会把使用到的类的直接、间接父类全部执行上述3个步骤，保证所有父类都被初始化，因为java.lang.Object是所有类的祖宗类，所以Object总是会被JVM最先执行上述步骤！

　　五、类加载器体系

　　1、要把类加载到内存，必须要有加载的工具——类加载器！类加载器负责从磁盘中或者网络上加载字节码文件，并在JVM内存中生成java.lang.Class对象。

　　2、类不会被重复加载，也不需要被重复加载，也就是说：一旦被加载后，可以无限次被使用，除非JVM进程结束！

　　3、在java源码中类使用包名+类名进行标识，在JVM中，类被包名+类名+加载器作为标识，所以同样路径的类被不同的加载器加载也可以被区分。

　　加载器体系：

　　bootStrap加载器称为根类加载器，负责加载系统核心类；

　　Extension加载器称为拓展类加载器，负责加载拓展的常用类；

　　System加载器就是系统加载器，通常由它来完成我们编写的类；

　　用户可以自定义加载器来加载字节码！

　　一个类的加载过程由谁负责：

　　首先由当前线程使用的类加载器尝试进行加载，该类加载器会先请求父类加载器进行检查，直到顶端(根类加载器)，如果父类没有加载并且不能加载，则由当前加载器加载。（溯源委派模式）。

　　一个测试类，获取当前类加载器，打印出父类加载器和父类的父类加载器：

        Thread t = Thread.currentThread();
        ClassLoader loader = t.getContextClassLoader();
        System.out.println(loader);
        System.out.println(loader.getParent());
        System.out.println(loader.getParent().getParent());

 

打印结果如下：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@5c647e05
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@3d4eac69
null

其中系统类加载器是AppClassLoader的一个实例；

拓展类加载器PlatFormClassLoader的一个实例；

最后的拓展类加载器的父类加载器是根类加载器，但打印出的是null，因为根类加载器没有继承ClassLoader，它是C语言实现的不是Java实现的，所以查看不到。

写在最后：

　　第一次写技术类博文，希望各路大神多加指正！也欢迎补充！在技术的路上一起成长，共勉之。