Java类加载那些事

Java源文件（.java文件）被编译器编译后变为字节码形式的类文件（.class文件），Java类加载的过程就是JVM加载.class的二进制文件并且放到内存中，将数据放到方法区，并且在堆区构造一个java.lang.class对象，并且完成类的初始化的过程。

//下述片段引用自 Java的类加载机制是什么？

Java的类加载机制主要分为三个过程：加载、连接和初始化。

1.加载机制

Java的类加载机制主要分为三个过程：加载、连接和初始化。这三个过程的顺序是固定的，但是每个过程中的细节却是不同的。下面我们来详细介绍一下这三个过程。

1.1 加载

Java的类加载器会根据类的全限定名来加载类，当需要使用某个类时，如果该类还未被加载进内存，则需要执行一下步骤进行加载：

1.1.1. 通过类的全限定名找到对应的class文件，这里的class文件可以是.java文件经过编译之后生成的.class文件，也可以是通过其他方式生成的.class文件。

1.1.2 将class文件中的二进制数据读取到内存中，并将其转换为方法区的运行时数据结构。

1.1.3 创建由该类所属的java.lang.Class对象。该对象可以理解为，是对类的各种数据（如名称、访问修饰符、方法、成员变量等）的封装。

在加载类时，类加载器除了加载某个具体的类外，还需要将这个类所依赖的类也加入到内存中。这种依赖性是多层级的，也就是说，被依赖的类又可能会去依赖其他类，所以在加载一个类时，通常需要将其类图中所有的类都加载进来。

1.2 连接

Java虚拟机在加载类之后，需要对类进行连接，连接分为三个步骤：验证、准备和解析。

1.2.1. 验证：在这个步骤中，Java虚拟机主要确保所加载的类的正确性。验证过程主要包括文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证等。其目的在于确保目标.class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机运行时环境安全。

1.2.2. 准备：在准备阶段，Java虚拟机为类的静态变量分配内存，并设置变量的初始值。这里需要注意的是，在这个阶段中分配的内存并不包含那些用户自定义的初始化值，这些值在初始化阶段中进行设置。

1.2.3. 解析：Java在这个阶段中将常量池中的符号引用转为直接引用。通过符号引用，虚拟机得知该类访问其他的类或者类中的字段、方法等，但在类初始化时，需要缓存这些直接引用，以便于直接调用。

1.3 初始化

在类的准备阶段，Java虚拟机已经为静态变量分配了内存并设置了初值，但是这些静态变量”赋初值“的动作并没有完成。初始化阶段，会为静态变量设置用户自定义的初始化值，并执行类构造器<clinit>()方法，以执行初始化操作。

此时，类的准备和初始化阶段已经执行结束，Java的类加载机制总的过程也就结束了

//引用结束

注意，静态代码的初始化分为两步，连接的准备阶段包含初始化，最后又有一个初始化步骤，两者并不重叠，前者是给静态成员变量分配内存并且设置类型的初始值，后者是给静态成员变量设置用户指定的初始值。这段话有点拗口，代码来说明更清晰。

1、父类 parent.java文件

public class Parent {static {System.out.println("Parent static block 1.");parentStaticIntVar = 3;}static Integer parentStaticIntVar = 2;static {System.out.println("Parent static block 2.");System.out.println("parentStaticIntVar=" + parentStaticIntVar);parentStaticIntVar = 4;}{System.out.println("Parent not static block 1.");parentIntVar = 30;}Integer parentIntVar = 20;public Parent(){	System.out.println("Parent construct  method .");System.out.println("parentIntVar=" + parentIntVar);}public void f(){System.out.println("parent f().");}{System.out.println("Parent not static block 2.");parentIntVar = 40;}}

2、子类 Sub.java文件

public class Sub extends Parent {static {System.out.println("Sub static block 1.");subStaticIntVar = 3;}static Integer subStaticIntVar = 2;static {System.out.println("Sub static block 2.");System.out.println("subStaticIntVar=" + subStaticIntVar);subStaticIntVar = 4;}{System.out.println("Sub not static block 1.");subIntVar = 30;}Integer subIntVar = 20;public Sub(){	System.out.println("Sub construct  method .");System.out.println("subIntVar=" + subIntVar);}public void f(){System.out.println("Sub f().");}{System.out.println("Sub not static block 2.");subIntVar = 40;}}

3、TestMain.java文件

public class TestMain {public static void main(String[] args) {System.out.println("-----class-----");System.out.println(">>>subStaticIntVar=" + Sub.subStaticIntVar);System.out.println(">>>parentStaticIntVar=" + Sub.parentStaticIntVar);System.out.println("-----instance-----");Sub s = new Sub();s.f();}}

4、输出结果

-----class-----
Parent static block 1.
Parent static block 2.
parentStaticIntVar=2
Sub static block 1.
Sub static block 2.
subStaticIntVar=2
>>>subStaticIntVar=4
>>>parentStaticIntVar=4
-----instance-----
Parent not static block 1.
Parent not static block 2.
Parent construct  method .
parentIntVar=40
Sub not static block 1.
Sub not static block 2.
Sub construct  method .
subIntVar=40
Sub f().

解读一下后可以知道静态代码块和静态变量遵循如下规则：

1、静态代码块先于构造方法执行；

2、静态代码块可以给静态成员变量赋值；

3、静态代码块之间按照先后顺序执行；

4、父类的静态代码块先于子类的静态代码块执行；

5、静态代码块先于非静态代码块执行；

6、静态代码块在第一次使用这个类的时候执行，并且只执行一次；

7、静态变量的显式赋值和静态代码块的按照先后顺序执行；

实际上每个Java源文件由编辑器编译后，会自动给类加载器追加一个类初始化方法：<clinit>()，一个类只有一个，包含静态变量的显式赋值代码和静态代码块的代码，在源文件中看起来是一个一个独立的代码块，实际上编译后都放到一个这个类初始化方法中去了。

非静态的代码块和变量的规则和上述类似。

类加载的方法>>>

1、Class.forName("")

Class<?> c = Class.forName("com.example.zhangzk.reflect.TestServiceImpl");

加载类，并且完成初始化。

2、ClassLoader.loadClass("")

Class<?> c = Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass("com.example.zhangzk.reflect.TestServiceImpl");

加载类，不初始化。

加载器有哪些>>>

启动类加载器，C++编写的，进入Java世界的大门，负责加载存放在$JAVA_HOME\jre\lib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Bootstrap ClassLoader加载）。

扩展类加载器，Java编写的，父加载器为启动类加载器，该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载$JAVA_HOME\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）。

应用程序类加载器，Java编写的，父加载器为扩展类加载器，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。

自定义类加载器，Java编写的，父加载器为应用程序类加载器，典型代表是Tomcat，为了在一个TOMCAT进程下部署多个JAVA应用程序必须要自定义类加载器，进行应用隔离。

双亲委派模型>>>

每个类加载器需要加载类的时候，先请求父类加载器来加载，一直到启动类加载器，启动类加载器是没有父类加载器的，父类加载器找不到给类才由自己来加载。

要想搞清楚Spring Boot的启动流程，必须要要知道上述区别，只有充分利用好上述差异才能精准的控制加载和初始化的过程，Spring中这些都用的出神入化了。