類加載過程、類加載器、類的初始化

文章目錄

• 1. 類的加載、連結、初始化
• • 1.1 類的加載
  • 1.2 類的連結（驗證、準備、解析）
  • 1.3 類的初始化
• 2. 類加載器
• • 2.1 JVM類加載器分類
• 3. 類加載機制
• 4. 建立并使用自定義類加載器
• 5. 類加載的時機
• 6. 類的初始化

類的加載是指把類的.class檔案中的資料讀入到記憶體中。當程式需要使用某個類時，如果該類還未被加載到記憶體中，則JVM會通過機載、連結、初始化三個步驟對該類進行類加載。即JVM将類的加載過程分為三個步驟：加載（Load）、連結（Link）、初始化（Initialize），其中來連結又分為三步（驗證、準備、解析）

1. 類的加載、連結、初始化

1.1 類的加載

類加載指的是将類的class檔案讀入記憶體，并為之建立一個java.lang.Class對象。類的加載過程是由類加載器來完成，類加載器由JVM提供。我們開發人員可以通過繼承ClassLoader來實作自己的類加載器。

加載的class來源

• 從本地檔案系統内加載class檔案
• 從JAR包加載class檔案
• 通過網絡加載class檔案
• 把一個java源檔案動态編譯，并執行加載

1.2 類的連結（驗證、準備、解析）

通過類的加載，記憶體中已經建立了一個Class對象。而連結負責将二進制資料合并到JRE中。連結需要通過驗證、準備、解析三個階段。

• 驗證：驗證階段用于檢查被加載的類是否有正确的内部結構，是否符合JVM規範（檔案格式驗證、位元組碼驗證、符号引用驗證），即是否滿足JVM的限制。
• 準備：将類的靜态變量配置設定記憶體（配置設定在方法區），并将其初始化為預設值。
• 解析：将類中的符号引用轉換為直接引用

1.3 類的初始化

類的初始化階段，虛拟機主要對類變量進行初始化。虛拟機調用

<clinit>

方法，進行類變量的初始化。即将給類的靜态變量（類變量）賦予正确的初始值。

java類中對類變量進行初始化的兩種方式：

• 在定義時初始化
• 在靜态初始化塊内初始化

2. 類加載器

類加載器負責将.class檔案（不管是jar、本地磁盤、網絡擷取等）加載到記憶體中，并為之生成對應的java.lang.Class對象。

那如何判斷是同一個類呢？

每個類在JVM中使用全限定類名（包名+類名）與類加載器聯合為唯一的ID，是以如果同一個類使用不同的類加載器，可以被加載到虛拟機，但彼此不相容。

2.1 JVM類加載器分類

• BootStarp ClassLoader（根加載器）

  BootStarp ClassLoader是根類加載器，負責加載java的核心類庫（

  %JAVA_HOME%/jre/lib

  下的jar包）。根加載器不是ClassLoader的子類，是由C++實作的。

• Extension ClassLoader（擴充類加載器）

  Extension ClassLoader是擴充類加載器，負責加載

  %JAVA_HOME%/jre/ext

  或者

  java.ext.dirs

  系統屬性所指定的目錄中jar包。可以将自己寫的工具包放到這個目錄下，可以友善自己使用。

• Application/System ClassLoader（應用類加載器）

  System ClassLoader是系統（應用）類加載器，負責加載來自java指令的-classpath選項、java.class.path系統屬性，或者CLASSPATH環境變量所指定的JAR包和類路徑。可以通過ClassLoader.getSystemClassLoader()來擷取系統類加載器。如果沒有特别指定，則使用者自定義的類加載器都以類加載器作為父加載器。

• 自定義加載器

3. 類加載機制

• 全盤負責機制：當一個加載器負責加載某個class時，該Class所依賴和引用的其他Class也由該類加載器負責載入，除非顯式使用另一個類加載器來加載。
• 父類委托/雙親委派機制：先讓父類加載器試圖加載該Class，如果父類加載器無法加載再自己加載；
• 緩存機制：緩存機制會将已經加載的Class緩存起來，當程式中需要使用某個Class檔案時，類加載器先從緩存區中搜尋該Class，隻有當緩存中不存在該Class時，系統才會讀取該類的二進制資料，并将其轉換為Class對象，存入緩存中。這就是為什麼更改了Class後，需要重新開機JVM才生效的原因（緩存失效）。

自定義加載器

=>

Application ClassLoader

=>

Extension ClassLoader

===>

Bootstarp ClassLoader

4. 建立并使用自定義類加載器

除了根類加載器，所有類加載器都是ClassLoader的子類。是以我們可以通過繼承ClassLoader來實作自己的類加載器。

ClassLoader類有兩個關鍵的方法：

• protected Class loadClass(String name,boolean resolve)

  ：name為類名，resolve如果為true，在加載時解析該類。

• protected Class findClass(String name)

  ：根據指定類名來查找類。

5. 類加載的時機

• new一個類的對象執行個體時
• 初始化類的子類時，會先加載父類
• 使用反射方法時，如

  Class.forName("")

• 調用類的靜态變量時
• 調用類的靜态方式時
• 虛拟機啟動時指定執行的主類，會先執行初始化

6. 類的初始化

（1）類的初始化時間

• 建立了類的執行個體時，即new了一個對象
• 通路某個類或接口的靜态變量，或者對靜态變量指派
• 調用類的靜态方法
• 反射調用（Class.forName("…")）
• 初始化一個類的子類時，會首先初始化子類的父類
• JVM啟動時标明的啟動類，即檔案名和類名相同的類

（2）類的初始化步驟

• 如果這個類還沒有被加載和連結，那麼先進行加載和連結
• 加入這個類存在直接父類，并且這個類還沒有被初始化（注意：在一個類加載器中，類隻能初始化一次），那麼初始化直接父類（不适用于接口）
• 加入類中存在初始化語句（如static變量和static塊），那麼就依次執行這些初始化語句

（3）加載順序

同一個類中：靜态代碼塊==>非靜态代碼塊==>構造器

父子類中：父類==>子類

靜态代碼塊隻在第一次執行個體化（new）時運作，非靜态代碼塊在每次執行個體化時都運作。

代碼測試如下：

public class A {
  static {
   System.out.println("A中的靜态代碼塊");
  }
  
  {
   System.out.println("A中的非靜态代碼塊");
  }
  
  public A() {
   System.out.println("A的構造器");
  }
}
           

public class B extends A{
	static {
	   System.out.println("B中的靜态代碼塊");
	  }
	  
	  {
	   System.out.println("B中的非靜态代碼塊");
	  }
	  
	  public B() {
	   System.out.println("B的構造器");
	  }
          
         public static void main(String[] args) {
              A a=new A();
              B b1=new B();
         }
   }  
           

運作輸出結果如下：

A中的靜态代碼塊
B中的靜态代碼塊
A中的非靜态代碼塊
A的構造器
A中的非靜态代碼塊
A的構造器
B中的非靜态代碼塊
B的構造器
           

文章參考：請你詳細說說類加載流程，類加載機制及自定義類加載器