题目
JVM类加载机制的重塑分析
知识点
📕 编译阶段
编译器将源码文件编译成class文件。
class文件是.java文件的二进制字节流表示，在class文件中，包含了对应的类或接口的定义信息等常量池数据。
- 内部存放的数据有：元数据常量池，访问标志，当前类索引、父类索引和接口索引的集合，字段表集合（类中声明的变量），方法表集合等，他们共同描述了一个类的信息。
- 每个class文件一定对应一个类，但反过来未必成立，例如，动态生成的类信息，直接生成二进制字节流送入类加载器完成类加载。
- 因此广义上来讲，class并不一定要是一个class文件，也可以仅仅就是一串二进制字节流。
类加载阶段
- class文件本质上是对某个类的静态描述，他需要被加载到内存，转化成运行时数据，才能被虚拟机执行，这个加载到内存的过程就是类加载过程。
- 类加载完成之后，在方法区内存放了类的类型信息、常量、静态变量(jdk8之后随类对象存储在堆内)等信息，在堆中存放了与class文件对应的Class对象。通过Class对象，可以获取到类的字段、方法、构造器等信息，它是反射的基础。
类加载的作用
类加载在程序执行的过程中起到了承上启下的作用，将静态的二进制字节流数据转化为了运行时数据，供执行引擎去操作数据。
如图，加载-验证-准备-解析-初始化这五个阶段都属于类加载过程。
类加载的时机
虚拟机规范并没有严格规定什么时候开始类加载。但是，规定了6种必须对类进行初始化的情况，它们被称为主动引用。
！！！由于初始化类对象需要在加载、验证、准备之后进行，因此这三步必然要在这之前完成。这里前4种是非常常见的，需要深刻掌握。
遇到
new, getstatic, putstatic, invokestatic这四条字节码指令的时候，如果类型还没有被初始化，则需要初始化。
- new :实例化对象（对象实例调用表达式所创建的对象）
- getstatic/putstatic: 读取/设置类的静态字段（被final修饰的静态常量除外）
- invokestatic: 调用类的静态方法
📕 其他的初始化条件
- unsafe方法进行调用对象操作
- clone方法进行操作，进行申请
- 通过文件IO的ObjectInputStream/ObjectOutputStream进行处理构造
- 通过反射对类进行调用的时候，需要确保类已经被初始化过。也好理解，反射的核心是Class对象。
- 当前类被初始化时，要先确保其父类已被初始化。
- 虚拟机启动时，要执行的主类(包含main方法的那个类)要先被初始化。
- 接口中定义了默认方法(被default修饰，可以有方法体的方法，比较少见)，当该接口的实现类初始化时，该接口需要先被初始化。
除了以上的情况之外，所有其他对类的引用都不会触发类的初始化，他们被称为被动引用。
📕类加载的过程
加载
- 加载是类加载过程的第一步，在类加载器的控制下，将二进制字节流转化为运行时数据。加载阶段需要完成3件事。
- 根据类的全限定名获取对应的二进制字节流/定义对应的二进制数据流。
- 将二进制字节流转化成方法区的运行时数据结构。
- 在堆中创建代表这个类的java.lang.Class对象 ，作为方法区内数据的访问入口。
- 这里二进制字节流的获取，有多种方式，源文件也可以有多种形式。比较常见的形式有：
- 从压缩包中获取，如jar包，war包等。
- 在程序运行时，动态计算产生。应用场景：动态代理。
- 最常见的，编译.java文件生成.class文件
验证
验证的作用是确保Class文件内的信息符合虚拟机规范的要求，保证程序运行过程中的安全。
准备
为类变量（即静态变量）分配内存，并设初始值。(0, null, false ...)。为常量直接进行赋值操作（定制化）
解析
将运行时常量池中符号引用替换成直接引用。
举个例子，在解析完成之前，被引用的目标还没有被加载到内存中，只能先用一个符号来表示，如"java.lang.Object"。
- 解析的作用就是，在引用的对象被加载到内存中以后，将引用替换成指向该对象的指针或句柄。需要被解析的引用有：类或接口的解析、字段解析、方法解析、接口方法解析。
- 解析的发生时间并没有严格规定，它并非一定发生在准备和初始化之间（动态链接或者动态加载、动态分派等功能实现的场景会延迟到运行阶段）。
初始化
- 在初始化之前，加载-验证-准备这3步必然是完成了，部分的解析工作也可能完成了。
- 准备阶段：对类对象中的类变量都是系统默认的初始值（常量会直接赋值，不会等到运行阶段）。
- 初始化阶段：对类变量赋予我们在代码中指定的值。
在初始化阶段，需要执行类构造器（与实例对象的构造器区分开来）。类构造器并非我们直接编写的方法，而是编译器收集类变量的赋值语句和static代码块的产物。
初始化阶段就是对静态变量赋值和执行静态代码块的过程（父类会在前，子类会在后）。
实例化阶段就是执行实例构造器和实例代码块（构造代码块）的过程。
需要注意的点：
- 从概念上讲，应当在方法区内为静态变量赋初值（常量会执行定制化赋值，不是单纯的默认值），但实际上jdk8以后，静态变量随着类对象一起存放在堆内存中。
- 准备阶段并不会为非静态变量(即实例变量)分配内存，实例变量会在对象实例化的时候，分配内存并赋初始。
拓展延伸
类加载器
把类加载阶段的 "通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流" 这个动作交给虚拟机之外的类加载器来完成。这样的好处在于，我们可以自行实现类加载器来加载其他格式的类，只要是二进制字节流就行，这就大大增强了加载器灵活性。
系统自带的类加载器分为三种：
启动类加载器。其它的类加载器都是 java.lang.ClassLoader 的子类，启动类加载器是由 C++ 实现的，没有对应的 Java 对象，因此在 Java 中只能用 null 代替。启动类加载器加载最为基础，最为重要的类，如 JRE 的 lib 目录下 jar 包中的类；可以采用指定-Xbootclasspath:指定相关的路径。
扩展类加载器的父类是启动类加载器，它负责加载相对次要，但又通用的类，如 JRE 的 lib/ext 目录下jar包中的类
扩展类加载器。Java核心类库提供，负责加载java的扩展库（加载 JAVA_HOME/jre/ext/*.jar 中的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。
应用程序类加载器。Java核心类库提供。应用类加载器的父类加载器则是扩展类加载器，它负责加载应用程序路径下的类。
