一、Java文件形态

原文件（.java）、二进制字节码（.class）、内存中存在形态（runtime）

二、jvm类加载过程

将class文件中的二进制数据读入内存，再将字节流代表的静态存储结构，转换成方法区中运行时数据结构，并在堆内存生产对应的Class对象。

类加载最终产物

堆内存中的class对象。一个类被同一个ClassLoader不管加载几次（仅会被成功加载一次），都对应一个class对象。但是使用不同类加载器，会产生多个class对象

三、类加载器（ClassLoader）

作用

将class文件加载到内存中，形成类元信息

加载过程

懒加载

查找磁盘文件，并通过IO操作读入字节码文件，jvm懒加载（使用到类时才会初始化）（jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是真正使用到时才加载）
例如：调用main()方法，new对象等，加载阶段在内存中生成代表类的java.lang.Class对象

验证

jvm根据java语言和jvm语义要求检查二进制形式
格式验证：例如检查二进制文件头魔数因子、MD5指纹
原数据验证：检查是否存在父类，实现接口，父类接口是否合法（例如final修饰的类不能被继承）、方法重载等
符号引用验证：符号引用的类和方法、属性是否可见

准备

准备要执行的指定类，准备阶段为变量分配内存，并设置静态变量的初始化（设置默认值）。

解析

将符号引用替换为直接引用（代码的具体内存地址）。
启动时把一些静态方法（符号引用，比如：main()替换为指向数据所在内存的指针或句柄等），替换成直接引用。即静态链接过程
在程序运行期间完成将符号引用替换为直接引用为动态链接（一般针对非静态方法、属性，加载是无法确定内存地址）
检查指定的类是否引用了其他类/接口，是否能找到加载的类/接口。

初始化

对类静态变量初始化指定值，并执行静态代码块。

类文件加载到方法区后

主要包含：运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用、对应class的引用。
类加载器的引用：这个类到类加载器实例的引用
对应class实例的引用（Class对象）：类加载器在加载类信息放到方法区中后(加载时期完成)，会创建一个对应的Class 类型的对象实例放到堆(Heap)中
Class对象作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。
JVM使用类元信息，直接使用对象头中Klass Point进行访问。

jvm规定：每个类或接口被java程序首次使用时，才会对其初始化（懒加载），一个Class类只会初始化一次。

JVM预定义类加载器

1.根类加载器（bootstrap class loader）

加载位于JRE的lib目录的核心类，类加载器是用原生代码（C++）来实现的，并不继承 java.lang.ClassLoader，不允许直接通过引用进行操作。 （因为根类加载器，是C语言实现，无法使用javaj接口获得，接口返回值是null）。

2.扩展类加载器（extensions class loader）

负责加载JRE的扩展目录，lib/ext或者由java.ext.dirs系统属性指定的目录中的JAR包的类。由Java语言实现，父类加载器为null（因为根类加载器，是c语言实现，无法使用java接口获得）。

3.系统类加载器（system class loader）

负责在JVM启动时加载来自Java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性，或者CLASSPATH换将变量所指定的JAR包和类路径。程序可以通过ClassLoader的静态方法getSystemClassLoader()来获取系统类加载器。如果没有特别指定，则用户自定义的类加载器都以系统类加载器作为父加载器。由Java语言实现，父类加载器为ExtClassLoader。
初始化Launcher时（Launcher在构造方法里实例化扩展类、系统类加载器。并将扩展设置为系统类加载器的父加载器）

4.自定义类加载器

用户自己实现

双亲委派机制

image.png

委派加载的过程

核心思想：
加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。

  1.   1. 首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接返回。
  2.   1. 如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加载器加载（即调用parent.loadClass(name, false);）.或者是调用bootstrap类加载器来加载。
  3.   1. 如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。
  1. //ClassLoader的loadClass方法，里面实现了双亲委派机制
  2. protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
  3.     throws ClassNotFoundException
  4. {
  5.     synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
  6.         // 检查当前类加载器是否已经加载了该类
  7.         Class<?> c = findLoadedClass(name);
  8.         if (c == null) {
  9.             long t0 = System.nanoTime();
  10.             try {
  11.                 if (parent != null) {  //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类
  12.                     c = parent.loadClass(name, false);
  13.                 } else {  //如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
  14.                     c = findBootstrapClassOrNull(name);
  15.                 }
  16.             } catch (ClassNotFoundException e) {
  17.                 // ClassNotFoundException thrown if class not found
  18.                 // from the non-null parent class loader
  19.             }
  21.             if (c == null) {
  22.                 // If still not found, then invoke findClass in order
  23.                 // to find the class.
  24.                 long t1 = System.nanoTime();
  25.                 //都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类
  26.                 c = findClass(name);
  28.                 // this is the defining class loader; record the stats
  29.                 sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
  30.                 sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
  31.                 sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
  32.             }
  33.         }
  34.         if (resolve) {  //不会执行
  35.             resolveClass(c);
  36.         }
  37.         return c;
  38.     }
  39. }

全盘负责委托机制

“全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入。

为什么要设计双亲委派机制？

  1.   - 沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改
  2.   - 避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次，保证**被加载类的唯一性**

类加载器初始化过程

1.根类加载器，加载JVM启动器（Launcher类）
2.JVM启动器实例：sun.misc.Launcher
3.sun.misc.Launcher初始化使用了单例模式，保证JVM虚拟机内只有一个sun.misc.Launcher实例
4.sun.misc.Launcher实例化时，在其构造方法内部创建了两个类加载器，
sun.misc.Launcher.ExtClassLoader
sun.misc.Launcher.AppClassLoader
JVM默认使用Launcher的getClassLoader()方法返回类加载器AppClassLoader实例加载应用程序

类加载器加载Class大致要经过如下8个步骤：

1.检测此Class是否载入过，即在缓冲区中是否有此Class，如果有直接进入第8步，否则进入第2步。
2.如果没有父类加载器，则要么Parent是根类加载器，要么本身就是根类加载器，则跳到第4步，如果父类加载器存在，则进入第3步。
3.请求使用父类加载器去载入目标类，如果载入成功则跳至第8步，否则接着执行第5步。
4.请求使用根类加载器去载入目标类，如果载入成功则跳至第8步，否则跳至第7步。
5.当前类加载器尝试寻找Class文件，如果找到则执行第6步，如果找不到则执行第7步。
6.从文件中载入Class，成功后跳至第8步。
7.抛出ClassNotFountException异常。
8.返回对应的java.lang.Class对象。

四、JVM主动使用Class类的场景

1.使用new关键字，导致类初始化
2.访问类的静态变量
3.访问类的静态方法
4.使用反射进行初始化（Class.forName）
5.初始化子类，导致父类初始化。