JVM基礎：類的加載

類加載的完整程序

虛擬機對Class檔案采用的是按需加載的方式：當需要使用該類時才會將它的Class檔案加載到記憶體生成Class位元組碼物件【方法區：Hotspot的元空間】
類的加載程序主要分為三個程序：加載、鏈接、初始化，其中鏈接又分為：驗證、準備、決議

• 加載：通過類的完全限定名獲取此類的二進制位元組流，將位元組碼檔案中的靜態存盤結構轉化為方法區的運行時資料結構，在記憶體中生成一個代表這個類的java.lang.Class物件，作為方法區這個類的各種資料的訪問入口，
• 驗證： 驗證位元組碼檔案的資料是否符合虛擬機的要求
• 準備：

（1）為靜態成員變數（不包括被final修飾的）分配記憶體，并設定該靜態成員變數的默認初始值，如果靜態成員變數

（2）被final修飾的靜態成員變數在準備階段會顯示的初始化值
（3）準備階段不會為普通成員變數賦值，因為靜態成員變數分配在方法區中，而普通成員變數是會隨著物件一起分配到堆記憶體中

public static int num=123;
注意：變數num在準備階段后的初始值為0而不是123
因為這個時候尚未開始執行任何方法，把123賦值給num是在初始化階段，在構造方法中進行的

public static final int  num=123;
當final修飾的靜態成員變數，在準備階段初始化為123而非0,初始化時會把此陳述句和靜態代碼塊會被合并到初始化構造方法中

public int num=1;
public final num=1;
普通成員變數不會再初始化階段賦默認值或賦指定值，因為普通成員變數會隨著物件存入堆記憶體中

• 決議： 將靜態常量池中的符號參考轉換為直接參考的程序，決議動作主要針對介面、類、欄位、類方法、介面方法、方法型別等，
  其中符號參考就是靜態常量池中的#開頭的符號地址，直接參考就是指向目標的指標或偏移量等，
  
• 初始化： 實際是執行類構造器方法clinit的程序，此方法不需要定義，javac編譯器會自動將類中的所有靜態變數的賦值陳述句、靜態代碼塊收集到Clinit方法中，執行順序按陳述句在檔案中的出現順序執行，下圖是通過jclasslib反編譯后的結果：
  
  在Java編譯之后會在位元組碼檔案中生成clinit方法（class init）、init方法，但當原始碼檔案中沒有靜態代碼塊、靜態成員變數賦值陳述句時，是沒有clinit方法的，

clinit方法（類構造器）、init方法（實體物件構造器）

• clinit方法是類構造器方法，收集了靜態變數初始化陳述句和靜態塊陳述句，執行順序為：父類靜態變數初始化- -》父類靜態陳述句塊 --》子類靜態變數初始化 --》子類靜態陳述句塊
• init方法是實體構造器，該實體構造器會收集：普通成員變數的初始化陳述句，構造代碼塊、呼叫父類構造器（super()）等操作，執行順序為：父類變數初始化–》父類構造代碼塊–》子類變數初始化–》子類構造代碼塊
  
  clinit方法在類加載的初始化階段執行，而init方法在創建物件的程序中執行
  靜態代碼塊是在類加載的初始化階段執行的，當初始化一個類的時候發現其父類還沒有初始化，需要先對父類進行加載

類的加載器分類

JVM規范中將類的加載器分為兩類：啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）、自定義類加載器（User-Defined ClassLoader），其中所有派生于抽象類ClassLoader的類加載器都是自定義類加載器，

hotspot中類加載器分類：BootstrapClassLoader、ExtClassLoader、SystemClassLoader、用戶自定義類加載器，從前往后是一種包含關系，但不是繼承關系，

（1） 啟動類加載器Bootstrap ClassLoader

• 啟動類加載器Bootstrap ClassLoader主要用來加載Java核心內庫，用于加載JVM自身需要的類
• 啟動類加載器Bootstrap ClassLoader是用C/C++語言撰寫的，并不繼承java.lang.ClassLoader，沒有父加載器
• 啟動類加載器會加載擴展類加載器、應用程式加載器，并指定他們各自的父類加載器

（2）擴展類加載器Extension ClassLoader

• 擴展類加載器從java.ext.dirs系統屬性所指定的目錄中加載類別庫，或從JDK的安裝目錄的jre/lib/ext目錄下加載類別庫，如果用戶創建的jar包也存放在該目錄下，也會被擴展類加載器加載，
• 擴展類加載器Extension ClassLoader是用java語言撰寫的，是sun.misc.Launcher的內部類ExtClassLoader，ExtClassLoader繼承了抽象類ClassLoader
• 擴展類加載器的父類加載器為引導類加載器

（3）應用程式類加載器（系統類加載器 AppCLassLoader）

• 應用程式類加載器主要負責加載環境變數classpath或java.class.path指定的路徑下的類別庫
• 應用程式類加載器用java語言撰寫的，是sun.misc.Launcher的內部類AppClassLoader，ExtClassLoader繼承了抽象類ClassLoader
• 應用程式類加載器的父類加載器為擴展類加載器
• 用戶自定義的類一般情況下都是由應用程式類加載器加載的
• 通過抽象類ClassLoader的靜態方法可以獲取當前類的類加載器

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader()

（4）自定義類加載器（目前僅作了了解，待后續學習）

為什么要自定義類的加載器？

• 隔離加載類
• 修改類加載的方式
• 擴展加載源
• 防止代碼泄漏

雙親委派機制

作業原理：如果一個類加載器收到了類加載請求，它并不會自己先去加載，而是委托給父類加載器加載，如果父類加載器還存在父加載器，則繼續向上委托，最終將類加載請求委托給啟動類加載器執行，如果父類加載器可以完成類的加載，則成功回傳，如果父類加載器不能完成加載，則子加載器才會去嘗試加載
各加載器到各自負責的路徑下加載，不能加載該類，則子類到自己負責的路徑下加載，

舉例： 加載JDBC驅動時，系統類加載器將請求一層一層向上委托給啟動類加載器，但啟動類加載器、擴展類加載器都無法加載，最終又反向委派給系統類加載器加載，

驗證雙親委派機制

在專案中將創建一個與String包名相同的包java.lang，并自定義String類：

public class String {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("驗證雙親委派機制");
    }
}

分析：
運行main方法時，應用程式類加載器收到加載java.lang包下String類的請求，一路向上委托至啟動類加載器，啟動類加載到java的核心類別庫中加載了String類，而核心類別庫中的String類沒有main方法，因此報錯：找不到main方法
上面這種保護核心API不被篡改的機制即：沙箱安全機制

使用雙親委派機制的原因

（1）避免類的重復加載
（2）保護核心API被篡改（沙箱安全機制）
以上兩點均可以通過驗證雙親委派機制的例子證明

判斷兩個Class型別的物件是否是同一個物件的條件

（1）類的完全限定名必須相同
（2）加載Class型別物件對應的Class檔案的ClassLoader實體物件必須相同（同一型別的同一個物件）

類加載器常用API

常用的三種獲取應用程式類加載器的方式

 System.out.println(Demo.class.getClassLoader());
 System.out.println(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
 System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());

獲取當前類的類加載器、獲取父類加器、獲取各類加載器可以加載的jar包路徑

public class Demo {
    /**
     * BootstrapClassLoader、SystemClassLoader、ExtClassLoader、用戶自定義類加載器，從前往后是一種包含關系，
     * 但不是繼承關系
     */
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //獲取系統類加載器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        //獲取擴展類加載器
        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@725bef66
        //獲取啟動類加載器
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootstrapClassLoader);//null：啟動類加載器是用C或C++撰寫的，無法獲取物件
        /**
         * 對比發現：我們自定義類的加載器和應用程式類加載器的地址是一樣的，因此自定義類使用的是應用類加載器
         */
        System.out.println(Demo.class.getClassLoader());//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        //String類的加載器則是啟動類加載器，間接證明：Java的核心類別庫是都是使用啟動類加載器加載
        System.out.println(String.class.getClassLoader());//null
        
        
        //獲取啟動類加載器的可以加載jar包的路徑
        URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (URL urL : urLs) {
            System.out.println(urL);
        }
        //獲取擴展類加載器的可以加載jar包的路徑
        String property = System.getProperty("java.ext.dirs");
        System.out.println(property);
    }
}