类加载子系统

一、JVM执行全景图

二、类加载器子系统详情结构

类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定文件标识（java class的魔数）。
ClassLoader只负责class文件的加载，至于加载后是否能够运行，则由Execution Engine决定。
加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量。（这部分常量信息是class文件中常量池部分的内存映射）

三、类加载器ClassLoader(类加载器子系统)角色

示例：ClassLoader实际的作用

1、class file存在于本地硬盘或者网络中，可以理解为设计师画在图纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候要加载到JVM当中来根据这个文件实例化出一模一样的实例，类比建房子、造桥。
2、class file加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区中。
3、在.class文件->JVM->最终称为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器Class Loader），扮演一个快递员的角色。

四、JVM全景详情图

五、类的加载过程

加载：

通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
将这个字节流所代表的的静态存储结构转换成内存中堆空间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，用来访问方法区中这个类结构中各种数据的访问入口。
补充：加.class文件的方式
从本地系统中直接加载
通过网络获取，典型场景：Web Applet
从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础
运行时计算生成，使用最多是：动态代理技术
由其他文件生成，典型场景：JSP应用
从专用数据库中提取.class文件，比较少见
从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施

链接
验证（Verify）
验证可能和加载是并行执行的。

目的在于确保class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身的安全。
主要包括四种验证：文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符合应用验证。

准备（Prepare）

为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值（整数0,浮点：0.0，bool:false,引用：null）。
这里不包含final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显示初始化。
这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。

解析（Reslove）

将常量池内的符号应用转换为直接引用的过程。
事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行初始化之后在执行。
符号引用就是一组符号来描述所引用的目标，符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的class文件格式中，直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等，对应常量池中的CONSTANT_Class_info,CONSTANT_Fieldref_info,CONSTANT_Method_info等。

初始化

初始化阶段就是执行类构造器方法()的过程。
此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。（如果没类变量或者静态代码块，编译器就不会生成()类构造器）。
类构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
()不同于类的构造器（实例构造器），关联关系：类的构造器是虚拟机视角下的()方法，是造对象用的。
若该类具有父类，JVM会保证子类的()执行前，父类的()已经执行完毕。
虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程下被同步加锁。
原因：类构造器只会被执行一次，加载到运行时方法区，是被所有线程共享的，所以必须保证多线程同步执行，这样才能保证多个线程加载类时，类只初始化一次。

六、类加载器分类

1、类加载类图

2、分类

JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined Classloader）.
从概念上讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生与抽象类ClassLoader的类加载器划分为自定义类加载器。
无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们常见的类加载器是指只有3个。

可以通过getParent来获取加载器的上层加载器，4种加载器是有等级关系的，双亲委派机制就是通过这种等级关系来实现的。

七、加载器分类详解

启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）
虚拟机自带的加载器

这个类加载器使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。
它用来加载JAVA的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或者sun.boot.calss.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类。
并不继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器。
加载扩展类和应用程序类加载器，并指定它们的父类加载器。
出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类。
扩展类加载器
虚拟机自带的加载器
java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
派生与ClassLoader类
父类加载器为启动类加载器
从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录(扩展目录)下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录，也会自动由扩展类加载器加载。
应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）
虚拟机自带的加载器
java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现
派生与ClassLoader类
父类加载器为扩展类加载器
它负责加载环境变量classpath或者系统属性java.class.path指定路径下的类库
该类加载时程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载的
通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器

用户自定义类加载器

在java的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由上述3中类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定义类加载器，来定制类的加载方式。
为什么要自定义类加载器？
1、隔离加载类
2、修改类加载的方式
3、扩展加载源
4、防止源码泄漏

八、自定义加载器

用户自定义类加载器的实现步骤
1、开发人员可以通过继承抽象类java.lang.ClassLoader类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求。
2、在JDK1.2之前，在自定义类加载器时，总会继承ClassLoader类并重写loadClass（）方法，从而实现自定义的类加载类，但是JDK1.2之后已不再建议用户去覆盖loadClass（）方法，而是建议把自定义类加载逻辑写在findClass（）方法中。
3、在编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URLClassLoader类，这样就可以避免自己去编写findclass()方法及其获取字节流的方式，使自定义类加载器编写更加简洁。

九、获取ClassLoader的途径

十、补充知识

JVM中两个class对象是否是同一个类

类的完整类名必须一致，包括包名。
加载这个类的classLoader(指ClassLoader实例对象）必须相同。
在jvm中，即使这两个类对象(class对象）来源同一个class文件，被同一个虚拟机加载，但是只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相同的。

JVM需要记录加载器信息
JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载还是由用户类加载器加载的（除引导类加载器之外都是用户类加载器）。如果一个类型是由用户类加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中（可以通过arthas查看到类是由哪个类加载器加载的）。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的加载器时相同的（一个类型中所包含的类型都是由同一个类加载器加载的）。

类的主动使用和被动使用
java程序对类的使用方式分为：主动使用和被动使用。
主动使用，分为7种情况：

创建类的实例（造对象）
访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
调用类的静态方法
反射（比如：Class.forName(“com.atguigu.Test”)）
初始化一个类的子类
java虚拟机启动时被标明启动类的类
JDK7开始提供的动态语言支持：
java.lang.invoke.MethodHandler实例的解析结果
REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic句柄对于的类没有初始化，则初始化
除了以上7种情况，其他使用Java类的方式被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。