一、Class文件的装载过程

Class类型通常以文件的形式存在(当然&＃xff0c;任何二进制流都可以是Class类型)&＃xff0c;只有被Java虚拟机装载的Class类型才能在程序中使用。系统状态Class类型可以分为加载、连接和初始化3个步骤。其中&＃xff0c;连接又可分为验证、准备和解析3步。

1.1 类装载的条件

Class只有在必须要使用的时候才会被装载&＃xff0c;Java虚拟机不会无条件的装载Class类型。Java虚拟机规定&＃xff0c;一个类或接口在初次使用前&＃xff0c;必须要进行初始化。这里指的“使用”&＃xff0c;是指主动使用&＃xff0c;主动使用只有下列几种情况&＃xff1a;

• 创建一个类的实例&＃xff0c;比如使用new关键字&＃xff0c;或者通过反射、克隆、反序列化。
• 使用类的静态方法时&＃xff0c;即当使用了字节码invokestatic指令。
• 使用类或接口的静态字段(final常量除外)&＃xff0c;比如&＃xff0c;使用getstatic或者putstatic指令。
• 使用java.lang.reflect包中的方法反射类的方法时。
• 当初始化子类时&＃xff0c;要求先初始化父类。
• 作为启动虚拟机&＃xff0c;含义main()方法的那个类。

除了以上的情况属于主动使用&＃xff0c;其他的情况均属于被动使用。被动使用不会引起类的初始化。

主动引用的例子&＃xff1a;

public class Parent {static{System.out.println("Parent init");}
}public class Child extends Parent{static {System.out.println("Child init");}
}public class IninMain{public static void main(String[] args){Child c &＃61; new Child();}
}

执行InitMain&＃xff0c;结果为&＃xff1a;

Parent init
Child init

被动引用的例子&＃xff0c;被动引用不会导致类的装载。

public class Parent{static{System.out.println("Parent init");}public static int v &＃61; 100;
}public class Child extends Parent{static{System.out.println("Child init");}
}public class UseParent{public static void main(String[] args){System.out.println(Child.v);}
}

输出结果为&＃xff1a;

Parent init
100

可以看到&＃xff0c;虽然在UseParent中&＃xff0c;直接访问了子类对象&＃xff0c;但是Child子类并未被初始化&＃xff0c;只有Parent父类被初始化。ke&＃39;jian可见&＃xff0c;在引用一个字段时&＃xff0c;只有直接定义该字段的类&＃xff0c;才会被初始化。

final常量不会引起类的初始化。

public class FinalFieldClass {public static final String constString &＃61; "CONST";static {System.out.println("FinalFieldClass init");}
}public class UseFinalField {public static void main(String[] args){System.out.println(FinalFieldClass.constString);}
}

运行以上代码输出结果为&＃xff1a;

CONST

1.2 加载类

加载类处于类加载的第一个阶段。在加载类时&＃xff0c;Java虚拟机必须完成以下工作&＃xff1a;

• 通过类的全名&＃xff0c;获取类的二进制数据流。
• 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构。
• 创建java.lang.Class类的实例&＃xff0c;表示该类型。

• 1.3 验证类

1.4 准备

当一个类验证通过时&＃xff0c;虚拟机就会进入准备阶段。在这个阶段&＃xff0c;虚拟机会为这个类分配相应的内存空间&＃xff0c;并设置初始值。

1.5 解析类

在准备阶段完成后&＃xff0c;就进入了解析阶段。解析阶段的工作就是将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用。

1.6 初始化

类的初始化是类装载的最后一个阶段。如果前面的步骤都没有问题&＃xff0c;那么表示类可以顺利装载到系统中。此时&＃xff0c;类才会开始执行Java字节码。初始化阶段的重要工作时执行类的初始化方法。方法是由编译器自动生成的&＃xff0c;它是由类静态成员的赋值语句以及static语句块合并产生的。

二、掌握ClassLoader

2.1 看懂类加载

ClassLoader是Java的核心组件&＃xff0c;所有的Class都是由ClassLoader进行加载的&＃xff0c;ClassLoader负责通过各种方式将Class信息的二进制数据流读入系统&＃xff0c;然后交给Java虚拟机进行连接、初始化等操作。因此&＃xff0c;ClassLoader在整个装在阶段&＃xff0c;只能影响到类的加载&＃xff0c;而无法通过ClassLoader去改变类的连接和初始化行为。

从代码层面看&＃xff0c;ClassLoader是一个抽象类&＃xff0c;它提供了一些重要的接口&＃xff0c;用于自定义Class的加载流程和加载方式。

在ClassLoader的结构中&＃xff0c;还有一个重要的字段parent&＃xff0c;他也是一个ClassLoader的实例&＃xff0c;这个字段锁表示的ClassLoader也称为这个ClassLoader的双亲。在类加载的过程中&＃xff0c;ClassLoader可能会将某些请求交与自己的双亲处理。

2.2 ClassLoader的分类

在标准的Java程序中&＃xff0c;Java虚拟机会创建3类ClassLoader为整个应用程序服务。他们分别是&＃xff1a;Bootstrap ClassLoader(启动类加载器)、Extension ClassLoader(扩展类加载器)和App ClassLoader(应用类加载器&＃xff0c;也称为系统类加载器)。此外&＃xff0c;每个应用程序还可以拥有自定义的ClassLoader&＃xff0c;扩展Java虚拟机获取Class数据的能力。

在虚拟机设计中&＃xff0c;使用这种分散的ClassLoader去装载类是有好处的&＃xff0c;不同层次的类可以由不同的ClassLoader加载&＃xff0c;从而进行划分&＃xff0c;这有助于系统的模块化设计。一般来说&＃xff0c;启动类加载器负责加载系统的核心类&＃xff0c;比如rt.jar中的Java类&＃xff1b;扩展类加载器用于加载%JAVA_HOME%/lib/ext/*.jar中的Java类&＃xff1b;应用类加载器用于加载用户类&＃xff0c;也就是用户程序的类&＃xff1b;自定义类加载器用于加载一些特殊途径的类&＃xff0c;一般也是用户程序类。