类加载器与类的加载过程

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类加载器子系统作用

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类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。

Class文件开头的四个字节的无符号整数称为魔数(Magic Number)。
魔数是Class文件的标识。值是固定的，为0xCAFEBABE
如果一个Class文件的头四个字节不是0xCAFEBABE，虚拟机在进行文件校验的时候会报错。使用魔数而不是扩展名来识别Class文件，主要是基于安全方面的考虑，因为文件扩展名可以随意更改。

那时候我正好需要维护一些文件的编码格式,需要用到两个魔数(magic numbers): 一个用于对象持久化文件, 另一个用于类文件. 于是我就用 CAFEDEAD 作为对象持久化文件的魔数, 当然,这两个魔数有着共同的前缀: 4个十六进制字符(CAFE, Java和咖啡有一段深沉的虐恋), 我选中了BABE(宝贝)                                                 --詹姆斯•高斯林(James Gosling)

ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。

加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）

类加载器ClasLoader角色

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class file存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来根据这个文件实例化出n个一模一样的实例。

class file加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区。

在.class文件->JVM->最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器ClassLoader），扮演一个快递员的角色。

类的加载过程

public class HelloLoader {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!");
    }
}

0 getstatic #2 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
3 ldc #3 <Hello World!>
5 invokevirtual #4 <java/io/PrintStream.println : (Ljava/lang/String;)V>
8 return

用流程图表示上述示例代码： 

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加载阶段 

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1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

 补充：加载class文件的方式

• 从本地系统中直接加载

• 通过网络获取，典型场景：Web Applet

• 从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础

• 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术

• 由其他文件生成，典型场景：JSP应用

• 从专有数据库中提取.class文件，比较少见

• 从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施

链接阶段 

• 验证（Verify）：

• • 目的在子确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。

• • 主要包括四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证。

• 准备（Prepare）：

• • 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值。

• • 这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；

• • 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。

• 解析（Resolve）：

• • 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。

• • 事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。

• • 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的Class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

• • 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info，CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

初始化阶段 

此过程是真正执行字节码的过程，也就是触发初始化的过程。这个阶段的静态常量为null。由于Java采用的是懒加载策略，只有当我们需要用到这个类的时候才会去加载他 

• 初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程。

• 此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。

• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。

• <clinit>()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的<init>()）

• 若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕。

• 虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁。

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