JVM 类文件及类加载

类加载机制

类加载过程

包含了加载、验证、准备、解析和初始化这 5 个阶段。

1. 加载
   从 类的二进制字节流 到 内存中一个代表该类的 Class 对象
2. 验证
   确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求
3. 准备
   类变量是被 static 修饰的变量，准备阶段为类变量分配内存并设置初始值，使用的是方法区的内存。
4. 解析
   将常量池的符号引用替换为直接引用的过程。
   其中解析过程在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持 Java 的动态绑定。
5. 初始化
   初始化阶段才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码。初始化阶段是虚拟机执行类构造器 () 方法的过程。

类初始化时机

1. 主动引用
   虚拟机规范严格规定了有且只有下列五种情况必须对类进行初始化（加载、验证、准备都会随之发生）：
   • 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时；
   • 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候；
   • 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化；
   • 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main() 方法的那个类）；
   • 当使用 JDK 1.7 的动态语言支持时；
2. 被动引用（不会触发初始化）
   • 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。
   • 通过数组定义来引用类。
   • 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类

类与类加载器

如果一个类由类加载器A加载，那么这个类的依赖类也优先由类加载器A加载（jvm控制？）；在自定义类加载器时需要特别注意。
两个类相等，需要类本身相等，并且使用同一个类加载器进行加载。这是因为每一个类加载器都拥有一个独立的类名称空间。

类加载器分类

从 Java 开发人员的角度看，类加载器可以划分得更细致一些：

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）
  仅加载 jre 下指定包，无法被 Java 程序直接引用。
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）
  仅加载扩展包
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）
  一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

双亲委派模型

指定了三种类加载器之间的层次关系。该模型要求除了顶层的启动类加载器外，其它的类加载器都要有自己的父类加载器。这里的父子关系一般通过组合关系（Composition）来实现，而不是继承关系（Inheritance）。

1. 工作过程
   一个类加载器首先将类加载请求转发到父类加载器，只有当父类加载器无法完成时才尝试自己加载。
2. 好处
   使得 Java 类随着它的类加载器一起具有一种带有优先级的层次关系，从而使得基础类得到统一。
3. 实现
   java.lang.ClassLoader ，其中的 loadClass() 方法运行过程如下：先检查类是否已经加载过，如果没有则让父类加载器去加载。当父类加载器加载失败时抛出 ClassNotFoundException，此时尝试自己去加载。

ContextClassLoader 使用案例

JDBC: java.sql.DriverManager#getConnection(java.lang.String, java.util.Properties, java.lang.Class<?>)
SPI 实现类: java.util.ServiceLoader#load(java.lang.Class)

问题：

• Class.forName(“”); 默认使用哪个 classloader 进行加载？？ 默认是调用该方法的类的类加载器，也可以指定类加载器及是否初始化
• classpath 下存在两个全限定类名相同的类（不同的jar包），jvm 会加载哪一个？由什么决定？由程序自定义的 classloader 决定，一般是由上到下加载jar包，可以使用不同的解压工具打开验证。
• tomcat 使用 URLClassLoader，springboot 使用什么 classloader？

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class 文件(by luanlouis)

基本组织结构

• 魔数(magic)、版本号(minor_version，major_version)、访问标志(access_flags)、类索引(this_class)、父类索引(super_class)

• 常量池计数器(constant_pool_count)、常量池数据区(constant_pool[contstant_pool_count-1])

  每个常量池项(cp_info) 都会对应记录着 class 文件中的某种类型的字面量。tag 值表示是什么类型的字面量。
  字面量型结构体：该类型的结构体内存储的是字面量的值； CONSTANT_Utf8_info,CONSTANT_Integer_info,CONSTANT_Float_info,CONSTANT_Long_info,CONSTANT_Double_info,
  引用型结构体：该类型的结构体内含有指向某些字面量型结构体的 索引值； CONSTANT_Class_info,CONSTANT_String_info,CONSTANT_Fieldref_info,CONSTANT_Methodref_info,CONSTANT_NameAndType_info,
  常量池能够表示那些信息？
  字面量：文本字符串、被声明为final的常量值、基本数据类型的值、其他
  符号引用：类的完全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符、其他

• 接口计数器(interfaces_count)、接口信息数据区(interfaces[interfaces_count])

• 字段计数器(fields_count)、字段信息数据区(fields[fields_count])

  在 field_info 结构体中，紧接着访问标志的，就是字段名称索引和字段描述符索引，它们分别占有两个字节，其内部存储的是指向了常量池中的某个常量池项的索引，对应的常量池项中存储的字符串，分别表示该字段的名称和字段描述符。（这里的字段描述符即字段类型）
  还包含 访问标志 及 属性集合信息

• 方法计数器(methods_count)、方法信息数据区(methods[methods_count])

  method_info 中包含的 属性表集合 –可表示的信息包括：方法的可执行的机器指令、方法声明的要抛出的异常信息等。

• 属性计数器(attributes_count)、属性信息数据区(attributes[attributes_count])

CONSTANT_Fieldref_info 与 CONSTANT_Methodref_info 的关系

都有引用项 CONSTANT_NameAndType_info
name_index 字段名称或方法名称
descriptor_index 字段类型或者方法描述符（包含这个方法的 若干个参数的数据类型和 一个返回值数据类型）

CONSTANT_Fieldref_info 与 field_info 的关系

field_info 包含 CONSTANT_Fieldref_info 的引用？

字段表（field_info） 和 方法表（method_info）的关系

都包含属性表集合，属性表（attribute_info）包含属性名称索引、属性长度、属性值；
属性名称索引只有四个值，Code 类型的属性表保存着 method 方法中的机器指令的信息，Code 属性表还可包含属性表集合 LineNumberTable 和LocalVariableTable;

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《深入理解java虚拟机》 jvm 功能划分：

1. 自动内存管理机制：内存区域、垃圾收集器、性能监控与故障处理工具；运行程序的堆大小？垃圾回收的策略？
2. 执行子系统：类文件结构、类加载机制、字节码执行引擎；
3. 程序编译与代码优化；
4. 高效并发：内存模型与线程、线程安全与锁优化；