深入理解Java类加载机制，再也不用死记硬背了

谈谈“会”的三个层次

在《说透分布式事务》中，我举例里说明了会与会的差别。对一门语言的学习，这里谈谈我理解的“会”的三个层次：

第一层：了解这门语言的语法、写法，我把它叫做 hello world 级别；

第二层：了解这门语言的优劣势以及它的生态，了解这门语言的能力范围，我把它叫做 应用 级别；

第三层：了解这门语言的底层运行机制，这有利于对程序进行调优，以及当程序遇到了比较罕见的问题时能够从根上分析解决它。我把它叫做 掌握 级别。

 

在简历上写掌握某种语言的，一般面试官也会问一些很深入原理的问题，个人认为比较合理。自己作为一个15年一线Java开发，自认为有资格把掌握Java写在简历上。今天，我就来聊聊我对双亲委派机制一些理解。

 

插个题外话，在《高并发下秒杀商品，你必须知道的9个细节》中，有朋友问配图是用什么画的。这里介绍一下自己的经验：

1）思维导图还是processon更加方便：

https://www.processon.com/i/594d313ae4b08b003f2ec84a

2）流程图还是draw.io，这个不推荐在线编辑，慢到怀疑人生。安装版本也是免费的，官网可轻松下载。开头图的框图效果是draw.io的框图有个 Sketch 样式。这个样式很好看，但是不建议用于文献等正式场合。正式场合的图最好方方正正，不要太圆润，粗细均匀。

 

3）生成曲线图、柱状图这些，还是习惯用excel。

 

Java类加载机制

首先我们需要思考一件事，我们编写的Java代码，是如何在各种各样的操作系统上运行起来的。

Java文件通过Javac编译成class文件，这种中间码被称为字节码。然后由JVM加载字节码。这个过程就称为类加载。

 

运行时，由解释器将字节码解释为一行行的机器码来执行。在程序运行期间，即时编译器会针对热点代码，将该部分字节码编译成机器码以获取更高的执行效率。在整个运行时，解释器和即时编译器相互配合，使程序几乎能达到和编译型语言几乎一样的执行速度。这个部分交给专业的编译器开发人员来做，咱们本篇不做深入讲解。

到此上面那张图就讲完了，不要问我右上角那两个表情是怎么回事。就是发现编辑的时候竟然可以添加表情，觉得好玩就试试看。

 

类的生命周期

在详细讲解之前，我们明确一下类加载流程的目的。站在高处去看，就是把一份被javac编译过的文件通过加载，生成某种形式的class文件的数据结构送进内存。程序可以调用这个数据结构来构造出Java对象。这个过程是在运行时进行的，也是Java动态拓展性的根基。

上面这张图表现了类的整个生命周期。而类加载呢，只包含了加载、链接和初始化三个阶段。加载只是类加载的第一个环节，两者要注意区分。解析部分是灵活的，它可以在初始化环节之前或者之后进行，实现后期绑定。类加载的其他环节的顺序是不可改变的。

 

加载

加载是一个读取class文件，将其转化为某种静态数据结构而存储在方法区内，并在堆中生成一个便于用户调用的Java对象的过程。

这里值得注意的是，这个Java文件不一定是本地文件，泛指各种来源的二进制流，比如网络、数据库或者比如动态代理技术这样的即时生成的class文件。

验证

验证的步骤很多，上面的图画得不完全准确。对文件格式的校验其实是发生在加载阶段的。通过才能顺利加载。顺利加载并不代表JVM完全认可了这个类，还要进行语法和语义上的分析，保证这个类不会危害JVM，这是对元数据和字节码上的验证。在解析阶段，还会进行符号引用的验证。随着JVM版本的升高，验证过程也在被不断丰富。

准备

准备就是为静态变量赋初始值，注意这里的初始值是JVM默认初始值，是固定的，不是咱们写代码时的那个初始值。这里有个比较容易混淆的概念。

Java内存规范定义了方法区这种抽象概念。主流的JVM实现如HotSpot在JDK8之前使用永久代这种在堆中开辟专门空间的实现方式，JDK8之后使用元空间这种直接内存取代。

HotSpot的实现：类的元信息、常量池、静态变量等都存在在JDK8之前都存在在永久代这种方法区的具体实现中。JDK8之后，常量池、静态变量被从方法区移除，转移到了堆中。元信息这些依然保留在方法区，具体的存储方式改成了元空间。

解析

解析是将符号引用替换为直接引用。

静态解析

符号引用就是假如类A引用了类B，加载阶段是静态解析，这时候B还没有被放到JVM内存中，这时候A引用的只是代表B的符号，这是符号引用。

直接引用就是类A在解析阶段发现自己引用了B，如果这个时候B还没被加载。就是直接触发B的类加载，之后B的符号引用会被替换成实际地址。这被称为直接引用。

 

动态解析

本文类的生命周期部分引出了后期绑定这个概念。后期绑定其实就是动态解析。如果代码使用了多态。B是一个抽象类或者接口，A就不能知道究竟要用哪个来替换，只能等到实际发生调动时在进行实际地址的替换。这就是为什么有的解析发生在初始化之后。

 

总结

类加载的过程今天就讲这些。咱们来回顾一下类加载的五个阶段。

从JVM的角度看，加载的读取二进制流和初始化阶段，是开放了主导权给用户的。用户可以使用动态代理等手段选择是否这个阶段进行加载。还可以使用多态的手段选择是否在这个阶段进行初始化。而剩下的所有部分都是JVM内部完成的。

此时你可以闭上眼睛回顾一下类加载的五个阶段，是不是不用死记硬背也能了然于胸了。

 

内容参考：

https://www.bilibili.com/video/BV14U4y1L75q

 

 

 

文章转载自公众号：Java极客技术