如何深入理解Java虚拟机JVM类加载初始化
如何深入理解Java虚拟机JVM类加载初始化，很多新手对此不是很清楚，为了帮助大家解决这个难题，下面小编将为大家详细讲解，有这方面需求的人可以来学习下，希望你能有所收获。
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1. Classloader的作用，概括来说就是将编译后的class装载、加载到机器内存中，为了以后的程序的执行提供前提条件。
2. 一段程序引发的思考：
风中叶老师在他的视频中给了我们一段程序，号称是世界上所有的Java程序员都会犯的错误。
诡异代码如下：
Java代码
package test01; class Singleton { public static Singleton singleton = new Singleton(); public static int a; public static int b = 0; private Singleton() { super(); a++; b++; } public static Singleton GetInstence() { return singleton; } } public class MyTest { /** * @param args */ public static void main(String[] args) { Singleton mysingleton = Singleton.GetInstence(); System.out.println(mysingleton.a); System.out.println(mysingleton.b); } }一般不假思索的结论就是，a=1,b=1。给出的原因是：a、b都是静态变量，在构造函数调用的时候已经对a和b都加1了。答案就都是1。但是运行完后答案却是a=1,b=0。
下面我们将代码稍微变一下
Java代码
public static Singleton singleton = new Singleton(); public static int a; public static int b = 0;
的代码部分替换成
Java代码
public static int a; public static int b = 0; public static Singleton singleton = new Singleton();
效果就是刚才预期的a=1,b=1。
为什么呢，这3句无非就是静态变量的声明、初始化，值的变化和声明的顺序还有关系吗?Java不是面向对象的吗?怎么和结构化的语言似地，顺序还有关系。这个就是和Java虚拟机JVM加载类的原理有着直接的关系。
1. 类在JVM中的工作原理
要想使用一个Java类为自己工作，必须经过以下几个过程
1)：类加载load：从字节码二进制文件——.class文件将类加载到内存，从而达到类的从硬盘上到内存上的一个迁移，所有的程序必须加载到内存才能工作。将内存中的class放到运行时数据区的方法区内，之后在堆区建立一个java.lang.Class对象，用来封装方法区的数据结构。这个时候就体现出了万事万物皆对象了，干什么事情都得有个对象。就是到了***层究竟是鸡生蛋，还是蛋生鸡呢?类加载的最终产物就是堆中的一个java.lang.Class对象。
2)：连接：连接又分为以下小步骤
验证：出于安全性的考虑，验证内存中的字节码是否符合JVM的规范，类的结构规范、语义检查、字节码操作是否合法、这个是为了防止用户自己建立一个非法的XX.class文件就进行工作了，或者是JVM版本冲突的问题，比如在JDK6下面编译通过的class(其中包含注解特性的类)，是不能在JDK1.4的JVM下运行的。
准备：将类的静态变量进行分配内存空间、初始化默认值。(对象还没生成呢，所以这个时候没有实例变量什么事情)
解析：把类的符号引用转为直接引用(保留)
3)：类的初始化： 将类的静态变量赋予正确的初始值，这个初始值是开发者自己定义时赋予的初始值，而不是默认值。
2. 类的主动使用与被动使用
以下是视为主动使用一个类，其他情况均视为被动使用!
1)：初学者最为常用的new一个类的实例对象(声明不叫主动使用)
2)：对类的静态变量进行读取、赋值操作的。
3)：直接调用类的静态方法。
4)：反射调用一个类的方法。
5)：初始化一个类的子类的时候，父类也相当于被程序主动调用了(如果调用子类的静态变量是从父类继承过来并没有复写的，那么也就相当于只用到了父类的东东，和子类无关，所以这个时候子类不需要进行类初始化)。
6)：直接运行一个main函数入口的类。
所有的JVM实现(不同的厂商有不同的实现，有人就说IBM的实现比Sun的要好……)在***主动调用类和接口的时候才会初始化他们。
1. 类的加载方式
1)：本地编译好的class中直接加载
2)：网络加载：java.net.URLClassLoader可以加载url指定的类
3)：从jar、zip等等压缩文件加载类，自动解析jar文件找到class文件去加载util类
4)：从java源代码文件动态编译成为class文件
2. 类加载器
JVM自带的默认加载器
1)：根类加载器：bootstrap，由C++编写，所有Java程序无法获得。
2)：扩展类加载器：由Java编写。
3)：系统类、应用类加载器：由Java编写。
用户自定义的类加载器：java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式。每一个类都包含了加载他的ClassLoader的一个引用——getClass().getClassLoader()。如果返回的是null，证明加载他的ClassLoader是根加载器bootstrap。
如下代码
这里面的指针就是C++的指针
1. 回顾那个诡异的代码
从入口开始看
Singleton mysingleton = Singleton.GetInstence();
是根据内部类的静态方法要一个Singleton实例。
这个时候就属于主动调用Singleton类了。
之后内存开始加载Singleton类
1)：对Singleton的所有的静态变量分配空间，赋默认的值，所以在这个时候，singleton=null、a=0、b=0。注意b的0是默认值，并不是咱们手工为其赋予的的那个0值。
2)：之后对静态变量赋值，这个时候的赋值就是我们在程序里手工初始化的那个值了。此时singleton = new Singleton();调用了构造方法。构造方法里面a=1、b=1。之后接着顺序往下执行。
3)：
public static int a; public static int b = 0;
a没有赋值，保持原状a=1。b被赋值了，b原先的1值被覆盖了，b=0。所以结果就是这么来的。类中的静态块static块也是顺序地从上到下执行的。
2. 编译时常量、非编译时常量的静态变量
如下代码
Java代码
package test01; class FinalStatic { public static final int A = 4 + 4; static { System.out.println("如果执行了，证明类初始化了……"); } } public class MyTest03 { /** * @param args */ public static void main(String[] args) { System.out.println(FinalStatic.A); } }结果是只打印出了8，证明类并没有初始化。反编译源码发现class里面的内容是
public static final int A = 8;
也就是说编译器很智能的、在编译的时候自己就能算出4+4是8，是一个固定的数字。没有什么未知的因素在里面。
将代码稍微改一下
public static final int A = 4 + new Random().nextInt(10);
这个时候静态块就执行了，证明类初始化了。在静态final变量在编译时不定的情况下。如果客户程序这个时候访问了该类的静态变量，那就会对类进行初始化，所以尽量静态final变量尽量没什么可变因素在里面1，否则性能会有所下降。
1. ClassLoader的剖析
ClassLoader的loadClass方法加载一个类不属于主动调用，不会导致类的初始化。如下代码块
Java代码
ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader(); Class clazz = classLoader.loadClass("test01.ClassDemo");并不会让类加载器初始化test01.ClassDemo，因为这不属于主动调用此类。
ClassLoader的关系：
根加载器——》扩展类加载器——》应用类加载器——》用户自定义类加载器
加载类的过程是首先从根加载器开始加载、根加载器加载不了的，由扩展类加载器加载，再加载不了的有应用加载器加载，应用加载器如果还加载不了就由自定义的加载器(一定继承自java.lang. ClassLoader)加载、如果自定义的加载器还加载不了。而且下面已经没有再特殊的类加载器了，就会抛出ClassNotFoundException，表面上异常是类找不到，实际上是class加载失败，更不能创建该类的Class对象。
若一个类能在某一层类加载器成功加载，那么这一层的加载器称为定义类加载器。那么在这层类生成的Class引用返回下一层加载器叫做初始类加载器。因为加载成功后返回一个Class引用给它的服务对象——也就是调用它的类加载器。考虑到安全，父委托加载机制。
ClassLoader加载类的原代码如下
Java代码
protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { // First, check if the class has already been loaded Class c = findLoadedClass(name); if (c == null) { try { if (parent != null) { c = parent.loadClass(name, false); } else { c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { // ClassNotFoundException thrown if class not found // from the non-null parent class loader } if (c == null) { // If still not found, then invoke findClass in order // to find the class. c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; }初始化系统ClassLoader代码如下
Java代码
private static synchronized void initSystemClassLoader() { if (!sclSet) { if (scl != null) throw new IllegalStateException("recursive invocation"); sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher(); if (l != null) { Throwable oops = null; scl = l.getClassLoader(); try { PrivilegedExceptionAction a; a = new SystemClassLoaderAction(scl); scl = (ClassLoader) AccessController.doPrivileged(a); } catch (PrivilegedActionException pae) { oops = pae.getCause(); if (oops instanceof InvocationTargetException) { oops = oops.getCause(); } } if (oops != null) { if (oops instanceof Error) { throw (Error) oops; } else { // wrap the exception throw new Error(oops); } } } sclSet = true; } }它里面调用了很多native的方法，也就是通过JNI调用底层C++的代码。
当一个类被加载、连接、初始化后，它的生命周期就开始了，当代表该类的Class对象不再被引用、即已经不可触及的时候，Class对象的生命周期结束。那么该类的方法区内的数据也会被卸载，从而结束该类的生命周期。一个类的生命周期取决于它Class对象的生命周期。由Java虚拟机自带的默认加载器(根加载器、扩展加载器、系统加载器)所加载的类在JVM生命周期中始终不被卸载。所以这些类的Class对象(我称其为实例的模板对象)始终能被触及!而由用户自定义的类加载器所加载的类会被卸载掉!
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文章名称：如何深入理解Java虚拟机JVM类加载初始化
文章起源：http://mswzjz.cn/article/jdcpeg.html