Java類載入

我們知道，java原始碼（*.java）不能直接執行，我們需要通過java編譯器javac.exe將原始碼編譯為java字解碼檔案（*.class），然後再通過java.exe在JVM中解釋此程式。

一、Java程式執行流程

二、類載入器（ClassLoader）

類載入器有以下幾種型別：

• 1、啟動類載入器（Bootstrap ClassLoader）：該ClassLoader是jvm在啟動時建立的，用於載入 $JAVA_HOME/jre/lib下面的類庫（或者通過引數-Xbootclasspath指定）。由於引導類載入器涉及到虛擬機器本地實現細節，開發者無法直接獲取到啟動類載入器的引用，所以不能直接通過引用進行操作。

• 2、擴充套件類載入器（ExtClassLoader）：該ClassLoader是在sun.misc.Launcher裡作為一個內部類ExtClassLoader定義的（即 sun.misc.Launcher.ExtClassLoader），ExtClassLoader會載入 $JAVA_HOME/jre/lib/ext下的類庫（或者通過引數-Djava.ext.dirs指定）。

• 3、 應用程式類載入器（AppClassLoader）：應用程式類載入器，該ClassLoader同樣是在sun.misc.Launcher裡作為一個內部類AppClassLoader定義的（即 sun.misc.Launcher.AppClassLoader），AppClassLoader會載入java環境變數CLASSPATH所指定的路徑下的類庫，而CLASSPATH所指定的路徑可以通過System.getProperty(“java.class.path”)獲取；當然，該變數也可以覆蓋，可以使用引數-cp，例如：java -cp 路徑 （可以指定要執行的class目錄）。

• 4、自定義類載入器（CustomClassLoader）：該ClassLoader是指我們自定義的ClassLoader，比如tomcat的StandardClassLoader屬於這一類；當然，大部分情況下使用AppClassLoader就足夠了。

三、雙親委派載入機制

• 1、類載入原始碼：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
 

            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

• 2、載入過程：
  
  • 1)、首先驗證這個類是否已經載入過，如果載入過直接返回。
  • 2)、如果沒有載入過，再去判斷是否有父載入器。如果有就遞迴呼叫父載入器驗證是否載入此類。
  • 3)、如果沒有父類載入器則呼叫啟動類載入器（Bootstrap ClassLoader）載入此類。
  • 4)、如果啟動類載入器（Bootstrap ClassLoader）也未找到此類，則會呼叫findClass(name)進行載入。
  • 5)、如果findClass(name)還未找到就拋ClassNotFoundException異常。

四、雙親委派載入機制好處

• 1、避免類被重複載入
• 2、安全：假如自定義一個Java中已經有的類，初始化的時候JVM會先委託BootStrapClassLoader載入JDK中已有的類，而自定義的類永遠都不會被載入。

五、類載入詳細過程

• 1、載入：類載入階段就是由類載入器負責根據一個類的全限定名來讀取此類的二進位制位元組流到JVM內部，並存儲在執行時記憶體區的方法區，然後將其轉換為一個與目標型別對應的java.lang.Class物件例項（Java虛擬機器規範並沒有明確要求一定要儲存在堆區中，只是hotspot選擇將Class物件儲存在方法區中），這個Class物件在日後就會作為方法區中該類的各種資料的訪問入口。
• 2、連線：是將載入到JVM中的二進位制位元組流的類資料資訊合併到JVM的執行時狀態中，經由驗證、準備、解析三個階段。
  
  • 驗證：驗證類資料資訊是否符合JVM規範，是否是一個有效的位元組碼檔案，驗證內容涵蓋了類資料資訊的格式驗證、語義分析、操作驗證等
  • 準備：為類中的所有靜態變數分配記憶體空間，併為其設定一個初始值（由於還沒有產生物件，例項變數將不再此操作範圍內）。
  • 解析：將常量池中所有的符號引用轉為直接引用（得到類或者欄位、方法在記憶體中的指標或者偏移量，以便直接呼叫該方法）。這個階段可以在初始化之後再執行。
• 3、初始化：對類記憶體資料進行初始化賦值等。
• 4、使用：…
• 5、解除安裝：類使用完成之後，根據其情況進行GC操作。

六、類初始化順序

Foo.java

public class Foo {

    public Foo() {
        System.out.println("Foo.constructor...");
    }

    static {
        System.out.println("Foo.static...");
    }

    {
        System.out.println("Foo...");
    }
}

Son.java

public class Son extends Foo {

    public Son() {
        System.out.println("Son.constructor...");
    }

    static {
        System.out.println("Son.static...");
    }

    {
        System.out.println("Son...");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Son();
    }
}

控制檯

Foo.static...
Son.static...
Foo...
Foo.constructor...
Son...
Son.constructor...

初始化說明：

• 1、父類靜態資源
• 2、子類靜態資源
• 3、父類非靜態資源
• 4、父類建構函式
• 5、子類非靜態資源
• 6、子類建構函式