2019-05-05：简述JVM中类的加载机制与加载过程？

[Shanlovana]

[canyie]

因为没说是什么JVM，这里假设hotspot
因为我也是小白，不保证正确
1.当要使用类时，JVM会判断此类是否已被加载到当前环境里，没有则会调用当前环境的ClassLoader.loadClass获得类
2.一般情况下，ClassLoader先尝试查找当前ClassLoader已加载的类，找不到则委托给父ClassLoader，通过双亲委派机制一层一层的往上传递，直到BootClassLoader（当然不一定要遵守此规则）
3.如果父ClassLoader无法加载此类，调用findClass方法加载，此时进入正题
4.findClass去找对应的.class文件（android里是去dex文件里找对应的类），找不到就抛ClassNotFoundException，然后加载到内存中
5.加载到内存中以后，首先校验格式（比如.class文件默认有8个字节的魔术字等），然后判断是否需要链接
6.如果需要链接，对类进行解析及初始化，比如初始化静态变量，初始化静态方法，执行静态代码块等，此阶段发生异常会引发LinkageError/ExceptionInInitializerError
7.如果走到这里一切都好，类加载的很成功，就返回Class，否则加载失败
参考资料：JVM规范-类的加载，链接和初始化

最后，五一快乐

[ADrunkenLiBai]

因为没说是什么JVM，这里假设hotspot
因为我也是小白，不保证正确
1.当要使用类时，JVM会判断此类是否已被加载到当前环境里，没有则会调用当前环境的ClassLoader.loadCLass获得类
2.一般情况下，ClassLoader先尝试查找当前ClassLoader已加载的类，找不到则委托给父ClassLoader，通过双亲委派机制一层一层的往上传递，直到BootClassLoader（当然不一定要遵守此规则）
3.如果父ClassLoader无法加载此类，调用findClass方法加载，此时进入正题
4.findClass去找对应的.class文件（android里是去dex文件里找对应的类），找不到就抛ClassNotFoundException，然后加载到内存中
5.加载到内存中以后，首先校验格式（比如.class文件默认有8个字节的魔术字等），然后判断是否需要链接
6.如果需要链接，对类进行解析及初始化，比如初始化静态变量，初始化静态方法，执行静态代码块等，此阶段发生异常会引发LinkageError/ExceptionInInitializerError
7.如果走到这里一切都好，类加载的很成功，就返回Class，否则抛异常（ClassNotFoundException/NoClassDefFoundError/ClassFormatError/LinkageError/ExceptionInInitializerError等等）

参考资料：JVM规范-类的加载，链接和初始化

最后，五一快乐

jvm跟DVM有所区别吗

[MoJieBlog]

下面是我之前看深入理解JVM记得笔记。直接复制了。

1.1 概述

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟直接使用的java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

1.2 类加载的过程

• 加载
• 验证
• 准备
• 解析
• 初始化
• 使用
• 卸载

其中验证，准备，解析三个部分称为连接。其中解析和初始化的顺序可能会不同（可能先解析后初始化，也可能先初始化后解析）。

1.2.1 关于初始化

5种情况会触发类的初始化

• 遇到new,getstatic,putstatic,invokesstatic这四个字节码指令时，如果类没有被初始化
• 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射时，如果类没有被初始化，则先触发其初始化
• 当初始化一个类时，其父类没有被初始化，则需要父类先初始化
• 虚拟机启动时，用户需要制定一个执行的主类，虚拟机会先初始化这个类
• JDK 1.7动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例后的解析结果REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有被初始化

1.3 类加载的过程

• 通过一个类的全限名来获取定义此类的二进制字节流
• 将字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
• 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

这里顺带再说下对象的加载过程。

1. 对象的创建

• java虚拟机遇到一个new指令
• 检查new引用代表的类是否被加载，解析和初始化
  • 加载过
  • 没有加载过，先执行相应类的加载过程
• 虚拟机为对象分配内存
  • 对象所需要的内存大小在类加载过后便可以确定
  • 为对象分配空间的过程等同于把一块确定大小的内存从java堆中划分出来。
    • java堆绝对规整
      • 绝对规整解释：所有用过的内存放在一边，空闲的内存放在另一边中间放着一个指针作为分界点的指示器。
      • 分配过程：指针向空闲空间那边挪动一段与对象大小相等的距离。这种分配方式称为“指针碰撞”。
    • java堆不规整
      • 不规整解释：已使用的内存和未使用的内存相互交错，虚拟机维护一个列表，记录那些内存是可用的。
      • 分配过程：分配时从列表中找一块足够大的空间划分给对象实例。并更新列表上的记录。这种分配方式称为“空闲列表”。
    • java堆是否规整是由所采用的垃圾收集器是否带有压缩整理功能决定的。
• 对象创建时并发问题
  • 描述：对象创建在虚拟机中是非常频繁的，因此在并发情况下是线程不安全的。可能指针正在为A对象分配内存，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存。
  • 解决方案
    • 第一种方式：
      • 分配内存的动作进行同步处理
    • 第二种方式：
      • 把内存分配的动作按照线程划分在不同的空间之中进行，即每个线程在java堆中预先分配一小块内存，称为本地线程分配缓冲。哪个线程要分配内存就在哪个线程的TLAB上分配。只有TLAB用完并分配新的TLAB时才需要同步锁定。
      • TLAB解释：TLAB全称ThreadLocalAllocBuffer，是线程的一块私有内存，如果设置了虚拟机参数 -XX:UseTLAB，在线程初始化时，同时也会申请一块指定大小的内存，只给当前线程使用，这样每个线程都单独拥有一个Buffer，如果需要分配内存，就在自己的Buffer上分配，这样就不存在竞争的情况，可以大大提升分配效率，当Buffer容量不够的时候，再重新从Eden区域申请一块继续使用，这个申请动作还是需要原子操作的。
• 虚拟机将分配到的内存空间都初始化为零值（不包括对象头），这一操作保证了对象的实例字段在java代码中可以不赋初始值就直接使用，程序能访问到这些字段的数据类型所对应的零值
• 虚拟机对对象进行必要的设置，例如这个对象是哪个类的实例，如何才能找到类的元数据信息，对象的哈希码，对象的GC分代年龄等信息。这些信息存在对象头（Object Header）之中。
• 执行对象初始化，即把对象按照程序员的意愿进行初始化。

2.对象的访问定位

• 前面的学习我们知道，java虚拟机栈保存的是对象的句柄或者对象地址。所以访问对象需要通过栈上的局部变量表（reference）来操作堆上的具体对象。因为reference只是一个只想对象的引用，并没有定义这个引用应该通过什么方式定位，访问堆中的对象的具体位置，所以对象访问的方法取决于虚拟机的实现方式。目前主流的访问方式有以下两种
  • 句柄式：
    • java堆中有一块内存作为句柄池，reference存储的就是对象的句柄地址。句柄包含了对象实例数据与类型数据各自具体的地址信息。
    • 优点：对象被移动时（垃圾回收时，整理内存时，很有可能被移动）只会改变句柄中的实例数据指针，不用改变reference
  • 直接指针访问：
    • reference存储的直接就是对象地址
    • 优点：快，省略了一次句柄到具体位置的访问时间。因为对象比较多，所以这个时间很可观

[Petterpx]

嗯，上面大佬们都说的差不多了。
先带上一张图

Java中的类加载过程为，加载-连接-初始化
那类加载是什么意思呢？
类加载指的是class文件读入内存，并为其创建一个Class对象，也就是程序使用任何一个类的时候，都会为其创建一个java.lang.Class对象。

连接是什么意思呢？

连接阶段主要负责将类的二进制数据合并到jre中。
--但是为什么要将数据合并到jre呢？
jre指的是java的运行时环境，也就是java虚拟机，因为各大平台不一样，也就是运行环境，所以java虚拟机相当于屏蔽了这些条件，这样java程序就可以实现编译一次，处处运行。也就是我们刚开始学java时的第一句话。
初始化呢？
简单来说，虚拟机负责对类进行初始化，其实也就是对变量进行初始化，初始化的时候，遵循以下3个条件：

1. 假如这个类没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类。
2. 假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类。
3. 假如该类中有初始化语句，则系统一次执行这些初始化语句。
   不过需要注意一点，当调用被final修饰的类变量时(基本类型)，并不会引起类的初始化。

类加载机制的话，主要有以下3种：
全盘负责：
双亲委托：
缓存机制：

双亲委托的话，用一个简单栗子来解释。
比如说你自己定义了一个java.lang.String类，但是你永远调用不了它，为什么呢？
因为String属于核心类，在类加载的过程中，由引导类加载器去加载，所以永远用不了自定义的这个类。
双亲委托机制也就是，当一个类加载器收到类加载请求后，他不会先去加载，而是让它的父加载器先去尝试，层层向上，只有父类无法加载，这时才会尝试让子类去加载，这也就是自己写的为啥无法加载。
那缓存机制是什么呢？
缓存机制保证我们加载过的类都会被缓存，这样当程序使用某个类时，首先从缓存区中去找，当找到了直接返回Class对象，避免了重复加载。这也就是为什么修改了代码，需要重新编译运行才会生效的原因了。
如果有什么问题，也欢迎各位大佬们补充：

[yangfanggang]

java中的类加载机制

Java语言系统自带有三个类加载器: 

• Bootstrap ClassLoader 最顶层的加载类，主要加载核心类库，%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、
  resources.jar、charsets.jar和class等。另外需要注意的是可以通过启动jvm时指定-Xbootclasspath和路径来改变Bootstrap ClassLoader的加载目录。比如java -Xbootclasspath/a:path被指定的文件追加到默认的bootstrap路径中。
• Extention ClassLoader 扩展的类加载器，加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件。还
  可以加载-D java.ext.dirs选项指定的目录。 
• Appclass Loader也称为SystemAppClass 加载当前应用的classpath的所有类。

我们需要知道这三个加载器的加载顺序

1. Bootstrap CLassloder

2. Extention ClassLoader

3. AppClassLoader

然后需要知道这个加载顺序具体执行策略 双亲委托机制

一个类加载器查找class和resource时，是通过“委托模式”进行的，它首先判断这个class是不是已经加载成功，如果没有的话它并不是自己进行查找，而是先通过父加载器，然后递归下去，直到Bootstrap ClassLoader，如果Bootstrap classloader找到了，直接返回，如果没有找到，则一级一级返回，最后到达自身去查找这些对象。这种机制就叫做双亲委托。

具体参见 我的博客

[canyie]

@ADrunkenLiBai 回答你那个问题：
在JVM规范里，任何能够加载与执行Java 字节码（即class文件）的虚拟机都能叫JVM
但是Dalvik VM略有不同，其并没有完全遵守JVM规范，比如它不能执行class，只能加载dex文件格式（个人推测是害怕侵权？）

[LvKang-insist]

类加载的过程分为三个部分：
1，加载
类加载是将.class 文件中的二进制数据读入内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆内存中创建一个对象，又来封装类在方法区内的数据接口。类加载的最终产品是为与堆中的Class 对象。
2，类的连接
类加载完成后，就会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到jre中，可分为三个阶段
1，验证。
2，准备。
3，解析
3，类的初始化
在类的初始化阶段，虚拟机负责对类进行初始化，主要是对类变量进行初始化。JVM初始化一个类包含如下几个步骤
1. 假如这个类没有被加载和连接，则程序加载并连接该类。
2. 假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类。
3. 假如类中有初始化语句，则系统一次执行这些初始化语句。

   当执行第二步时，系统对直接的父类的初始化步骤也遵循此步骤。如果该类又有直接父类，则系统会再次重复这三个步骤来初始化该类。所以最先初始化的总是java.long.Object类。

[yline]

    加载机制：
        1，缓存机制，先从缓存区搜索
        2，全盘负责，当一个类加载器负责加载某个class，则Class所依赖和引用的其他的Class也由它负责，除非显示使用另一个。
        3，双亲委派，先让父加载器试图加载，只有当父加载器无法加载时，才尝试从自己的路径加载

    加载过程：[2,3,4统一称为连接]
        1，加载：获取到Class文件、转化为方法区的数据结构，并创建一个引用对象
        2，验证：验证Class文件的合法性
        3，准备：分配类变量内存，并设置"初始化值"；(static 为0，static final 为ContentValue值)
        4，解析：将符号引用转化为直接引用
        5，初始化：将直接引用的类变量执行clinit方法，进行赋值

[senlinxuefeng]

通俗易懂的文章
图解JVM类加载机制与类加载过程