Java 虛擬機器之四：Java類載入機制

一：前言

Java語言的型別可以分為兩大類：基本型別和引用型別。

基本型別 包括byte，short，int，long，float，double，boolean，char。

引用型別 包括類，介面，陣列類和泛型引數。由於泛型引數會在編譯過程中被擦除，因此Java虛擬機器實際上只有前三種。在類，介面和陣列類中，陣列類是由Java虛擬機器直接生成的，其它兩種則有對應的位元組流。

二：載入

1.載入，就是查詢位元組流，並且據此生成一個代表這個類的java.lang.Class物件的過程。注意這裡位元組流不一定非得要從一個Class檔案獲取，這裡既可以從ZIP包中讀取（比如從jar包和war包中讀取），也可以在執行時計算生成（動態代理），也可以由其它檔案生成（比如將JSP檔案轉換成對應的Class類）。載入的資訊儲存在JVM的方法區。

2.對於陣列類來說，它並沒有對應的位元組流，而是由Java虛擬機器直接生成的。對於其它的類來說，Java虛擬機器則需要藉助類載入器來完成查詢位元組流的過程。

3.類載入器有兩種，一種是啟動類載入器，其它的類載入器都是java.lang.ClassLoader的子類。啟動類載入器是由C++實現的，沒有對應的Java物件，因此在Java中只能用null代替。除了啟動類載入器之外，另外兩個重要的類載入器是擴充套件類載入器和應用類載入器，均由Java核心類庫提供。 啟動類載入器載入最為基礎，最為重要的類，如JRE的lib目錄下jar包中的類；擴充套件類載入器的父類是啟動類載入器，它負責載入相對次要，但又通用的類，如JRE的lib/ext目錄下jar包中的類；應用類載入器的父類載入器則是擴充套件類載入器，它負責載入應用程式路徑下的類。

4.JVM透過雙親委派模型進行類的載入，當然我們也可以透過繼承java.lang.ClassLoader實現自定義的類載入器。當一個類載入器收到類載入任務，會先交給其父類載入器去完成，因此最終載入任務都會傳遞到頂層的啟動類載入器，只有當父類載入器無法完成載入任務時，才會嘗試執行載入任務。

採用雙親委派的一個好處是比如載入位於rt.jar包中的類java.lang.Object，不管是哪個載入器載入這個類，最終都是委託給頂層的啟動類載入器進行載入，這樣就保證了使用不同的類載入器最終得到的都是同樣一個Object物件。

三：連結

連結，是指將建立成的類合併至Java虛擬機器中，使之能夠執行的過程。它分為驗證，準備和解析三個階段。

1.驗證

 該階段的目的在於確保被載入類能夠滿足Java虛擬機器的約束條件。

2.準備

該階段的目的是為被載入類的靜態欄位分配記憶體，即在方法區中分配這些變數所使用的記憶體空間。Java程式碼中對靜態欄位的具體初始化，則會在稍後的初始化階段中進行。

3.解析

 在class檔案被載入至Java虛擬機器前，這個類無法知道其它類及其方法，欄位所對應的具體地址。甚至不知道自己方法，欄位的地址。因此，每當需要引用這些成員時，

Java編譯器會生成一個符號引用。在執行階段，這個符號引用一般能夠無歧義地定位到具體目標上。解析階段的目的，正是將這些符號引用解析為實際引用。如果符號引用

指向一個未被載入的類，或者未被載入類的欄位或方法，那麼解析將觸發這個類的載入。

四：初始化

1.初始化階段是類載入最後一個階段，前面的類載入階段之後，除了在載入階段可以自定義類載入器以外，其它操作都由JVM主導。到了初始階段，才開始真正執行類中定義的Java程式程式碼。

2.在 Java 程式碼中，如果要初始化一個靜態欄位，我們可以在宣告時直接賦值，也可以在靜態程式碼塊中對其賦值。

如果直接賦值的靜態欄位被 final 所修飾，並且它的型別是基本型別或字串時，那麼該欄位便會被 Java 編譯器標記成常量值（ConstantValue），其初始化直接由 Java 虛擬機器完成。除此之外的直接賦值操作，以及所有靜態程式碼塊中的程式碼，則會被 Java 編譯器置於同一方法中，並把它命名為 < clinit >。

類載入的最後一步是初始化，便是為標記為常量值的欄位賦值，以及執行 < clinit > 方法的過程。Java 虛擬機器會透過加鎖來確保類的 < clinit > 方法僅被執行一次。

只有當初始化完成之後，類才正式成為可執行的狀態。

3.JVM 規範列舉類的初始化被觸發的情況：

a.當虛擬機器啟動時，初始化使用者指定的主類；

b.當遇到用以新建目標類例項的 new 指令時，初始化 new 指令的目標類；

c.當遇到呼叫靜態方法的指令時，初始化該靜態方法所在的類；

d.當遇到訪問靜態欄位的指令時，初始化該靜態欄位所在的類；

e.子類的初始化會觸發父類的初始化；

f.如果一個介面定義了 default 方法，那麼直接實現或者間接實現該介面的類的初始化，會觸發該介面的初始化；

j.使用反射 API 對某個類進行反射呼叫時，初始化這個類；

h.當初次呼叫 MethodHandle 例項時，初始化該 MethodHandle 指向的方法所在的類。

五：總結