前言

小编最近涉猎比较广泛，有点贪多嚼不烂的感觉，但是每天有学不完的知识（有的是温故而知新），很充实也很满足，重拾技术的热情。今天为大家带来JVM的类加载机制，首先，是否和小编曾经一样，不知道学习JVM有和作用，好像除了面试的时候通通背一遍做几题关于JVM类加载的面试题，之后进入公司后都是写一些业务代码。这是大家深有感触的。那小编为什么要学习JVM，这边罗列了两点；第一：为了搞清楚Java代码运行的本质。第二：真正遇到JVM相关问题时能够解决，并有相应的能力进行调优。

JVM有几大模块组成：

类加载的子系统
内存模型
执行引擎
垃圾收集器（GC）
JIT(热点代码缓存)

这篇博客跟其他大部分博客可能不太一样，希望大家有耐心可以看完。接下来咱们讲一下最开始的，就是类的加载机制，进入正题。

klass模型

何为klass模型，在说明这个问题之前，大家有没有想过我们编写的java类在JVM中是以何种形式存在的，其实他就是以klass模型存在的，klass模型即java类在jvm中存在的形式。下图为klass模型类的继承结构：

这边小编说明一下

从继承关系上也能看出来，类的元信息是存储在原空间的
普通的Java类在JVM中对应的是instanceKlass类的实例，再来说下它的三个字类

InstanceMirrorKlass：用于表示java.lang.Class，Java代码中获取到的Class对象，实际上就是这个C++类的实例，存储在堆区，学名镜像类

InstanceRefKlass：用于表示java/lang/ref/Reference类的子类

InstanceClassLoaderKlass：用于遍历某个加载器加载的类

Java中的数组不是静态数据类型，是动态数据类型，即是运行期生成的，Java数组的元信息用ArrayKlass的子类来表示：

TypeArrayKlass：用于表示基本类型的数组

ObjArrayKlass：用于表示引用类型的数组

小编这边把klazz的理解也分享一下：klazz分为两类
第一种：数组类
instanceKlass：java普通类在jvm中对应的c++类在方法区中（类的元信息：如访问权限，类的属性，类的方法）
InstanceMirrorKlass：对应的class对象在堆中
第二种：非数组类
TypeArrayKlass(基本类型数组)：boolean,byte,char,int,short,long,float,double
ObjArrayKlass:引用类型

使用HSDB来查看java类对应的klass类（非数组）

HSDB的简单使用：HSDB（Hotspot Debugger），JDK自带的工具，用于查看JVM运行时的状态。
HSDB位于安装目录下与bin同一文件夹的lib里面，小编这里是这样的前面路径是各位的安装目录\Java\jdk1.8.0_212\lib里面，接下来启动HSDB：

java -cp .\sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB
启动后的页面如下图

这边jdk安装方式不同，可能启动连接出现这个报错。（至少小编是这样的，如果没有请自行跳过）

解决方法：去jdk里面找了一下有没有这个dll文件，还真有，我就给copy到外部jre里面对应的目录里面了，接着启动HSDB就没有问题啦。

简单示例代码：

public class LearnJVM {
    private int a =2;
    private static int b =2;
    private final int c =2;
    private static final int d =1;

    public static void main(String[] args) {
    LearnJVM learnJVM = new LearnJVM();
        int[] intArr = new int[1];
        LearnJVM[] learnJVMS = new LearnJVM[1];
        Class<LearnJVM> learnJVMClass = LearnJVM.class;
        while (true);
    }
}

启动后查看进程

可以看到刚才运行的代码的PID是5428，我们在HSDB里面去关联进程：
File > Attach to Hotspot process
进入之后内存指针地址：
Tools > Class Browser

LearnJVM 对象的地址是0x00000007c0060828，然后我们去看这个对象的详细信息：
Tools > Inspector

上面是其中一个方法。
还有一个方法是根据类初始化后寻找

然后再使用内存指针地址：
Tools >Inspector

使用HSDB来查看java类对应的klass类（数组）

数组查询的方式，和非数组的第二种方式类似，如图所示

首先是基本数组类型的类型对应：

引用数组类型的对应类型

其实还有一个是main方法里面的string数组的参数也在里面。
你看小编没骗大家吧，通过工具类证明了。当然大家如果懂c++，看源码会更加清晰。

Hotspot源码的话，大家可以自己搭建openjdk8单步调试环境（加油！）

类加载过程

类的生命周期由七个阶段组成，分别是加载，验证，准备，解析，初始化，使用，卸载。
类的加载说的是前5个阶段，一般我们都会说加载，连接，初始化，因为连接包括了验证准备解析三个阶段。

加载

1、通过类的全限定名获取存储该类的class文件
2、解析成运行时数据，即instanceKlass实例，存放在方法区
3、在堆区生成该类的Class对象，即instanceMirrorKlass实例

从哪获取class文件，由下面这些地方等可以获取
1、从压缩包中读取，如jar、war
2、从网络中获取，如Web Applet
3、动态生成，如动态代理、CGLIB
4、由其他文件生成，如JSP
5、从数据库读取
6、从加密文件中读取

验证

1、文件格式验证
2、元数据验证
3、字节码验证
4、符号引用验证

准备

为静态变量分配内存、赋初值。
实例变量是在创建对象的时候完成赋值的，没有赋初值一说。
如果被final修饰，在编译的时候会给属性添加ConstantValue属性，准备阶段直接完成赋值，即没有赋初值这一步

问题：准备阶段为什么要赋初值？
明明可以初始化的时候可以赋值，准备阶段赋初值的意义在哪里，其实是这样的，静态变量假如在准备阶段没有赋初值的话，在InstanceMirrorKlass中他的静态变量就没写进去，在初始化阶段，这个静态变量就没有了，会导致后续报错。

解析

将常量池中的符号引用转为直接引用
解析后的信息存储在ConstantPoolCache类实例中
1、类或接口的解析
2、字段解析
3、方法解析
4、接口方法解析

常量池分为，静态常量池，运行时常量池和字符串常量池，这边解析说的常量池为静态常量池，符号引用为静态常量池的索引。转换为直接引用，就是改写成内存地址信息。
下图为解析完成后的直接引用查看：

初始化

执行静态代码块，完成静态变量的赋值命令clinit；

1、如果没有静态属性、静态代码段，生成的字节码文件中就没有clinit方法块
2、final修饰，不会在clinit方法块中体现
3、一个字节码文件只有一个clinit方法块
4、clinit方法块中生成的代码顺序与Java代码的顺序是一致的。这个会影响程序最终结果。

初始化主要是在主动使用时，主动使用主要有以下几种方式：
1、new、getstatic、putstatic、invokestatic
2、反射
3、初始化一个类的子类会去加载其父类
4、启动类（main函数所在类）
5、当使用jdk1.7动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果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进行初始化，则需要先出触发其初始化