Update on 2023/02/27

类加载时机

分为隐式加载和显示加载

隐式加载：

• 创建类的实例（new）、访问静态变量（getstatic）、修改静态变量（putstatic）、调用静态方法（invokestatic）
• 反射调用
• 加载子类时，父类会先被加载
• JVM启动时被标明为启动类的类，直接使用 java.exe 命令来运行的主类

显示加载：

• 通过Class.forName加载，默认执行static块
• 通过ClassLoader.loaderClass加载，不执行static块
• 通过ClassLoader.findClass加载

类加载过程

包括加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。

在这五个阶段中，加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也成为动态绑定或晚期绑定）。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。

加载阶段

• 获取类的二进制字节流
  • 从本地系统中直接加载
  • 通过网络下载.class文件
  • 从zip，jar等归档文件中加载.class文件
  • 运行时计算生成。如动态代理技术
  • 从数据库中提取.class文件
• 将字节流转化为方法区的运行时数据结构
• 生成Class对象

验证阶段

• 文件格式验证：是否符合Class文件规范
• 元数据验证
• 字节码验证：分析数据流、控制流，确保语义合法
• 符号引用验证（发生在解析阶段）

准备阶段

为类的静态变量在方法区分配内存，并将其初始化为默认值

• 这时候进行内存分配的仅包括静态变量
• 这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。比如 static int value = 3; 初始化后 value的值为 0。而 static final int value = 3; 初始化后 value的值为 3

注意：

• 对基本数据类型来说，对于类变量和静态变量，如果不显式地对其赋值而直接使用，则系统会为其赋予默认的零值，而对于局部变量来说，在使用前必须显式地为其赋值，否则编译时不通过
• 对于同时被static和final修饰的常量，必须在声明的时候就为其显式地赋值，否则编译时不通过；而只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值，也可以在类初始化时显式地为其赋值，总之，在使用前必须为其显式地赋值，系统不会为其赋予默认零值
• 对于引用数据类型来说，如数组引用、对象引用等，如果没有对其进行显式地赋值而直接使用，系统都会为其赋予默认的零值，即null
• 如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值，那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认零值

解析阶段

将常量池内的符号引用替换为直接引用

初始化阶段

为静态变量赋予正确的初始值

• 声明静态变量为指定初始值
• 使用静态代码块为类变量指定初始值

类的唯一性

一个类的唯一性由以下2点决定：

• 加载该类的类加载器
• 类的完全限定名（包+类名）

类加载器

• 启动类加载器： BootstrapClassLoader，负责加载存放在 JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被 -Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar，所有的java.开头的类均被 BootstrapClassLoader加载）。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。
• 扩展类加载器： ExtensionClassLoader，该加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载 JDK\jre\lib\ext目录中，或者由 java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。
• 应用程序类加载器： ApplicationClassLoader，该类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

示例：

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ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(loader);
System.out.println(loader.getParent());
System.out.println(loader.getParent().getParent());

结果：（BootstrapLoader（引导类加载器）是用C语言实现的，所以返回为null）

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sun.misc.Launche r$AppClassLoader@64fef26a
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1ddd40f3
null

JVM类加载机制

• 全盘负责，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入
• 父类委托，先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类
• 缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效

双亲委派模型

工作流程

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，

双亲委派机制

1. 当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
2. 当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
3. 如果BootStrapClassLoader加载失败（例如在 $JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用 ExtClassLoader来尝试加载；
4. 若ExtClassLoader也加载失败，则会使用 AppClassLoader来加载，如果 AppClassLoader也加载失败，则会报出异常 ClassNotFoundException。

自定义类加载器

1. 继承ClassLoader
2. 实现findClass方法，其中调用defineClass将字节码转为Class对象

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public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

        byte[] bytes; // Loaded class binary;

        return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
    }

}