【JVM】感觉弗如…类加载机制
在Java开发过程中，从源代码（.java文件）到字节码（.class文件）再到运行时的类加载，会经历几个关键步骤，我们先简单过一遍大体的过程。再介绍今天这篇博客的重点内容——类加载机制。
.java文件从编译到运行
1. 编写源代码（.java文件）
Java开发者使用文本编辑器或集成开发环境（IDE）编写源代码。源代码是Java语言编写的程序，包含了类定义、方法定义、变量声明等。
2. 编译源代码
编写完源代码后，需要通过Java编译器将源代码编译成字节码。这个过程由javac命令触发：
javac MyClass.java
编译过程涉及以下步骤：
简单来说就是将人类可读的Java源代码转换成JVM可执行的字节码。
3. 生成字节码（.class文件）
编译过程结束后，会生成一个或多个.class文件，每个.class文件对应源代码中的一个公共类（public class）。字节码是JVM能够理解的中间代码，包含了Java源代码的执行逻辑，但不包含任何特定于硬件平台的指令。（这也是Java跨平台的基础机制之一）
4. 运行Java程序
生成.class文件后，可以使用java命令来运行程序：
java MyClass
运行过程涉及以下步骤：
- 加载：JVM的类加载器负责加载
.class文件到JVM中，创建java.lang.Class对象。 - 链接：链接过程包括验证字节码的合法性、为静态变量分配内存并设置默认值、将符号引用转换为直接引用。
- 初始化：执行类构造器
<clinit>()方法，初始化静态变量和静态代码块。 - 执行：JVM开始执行程序的
main方法，程序按照编写的逻辑运行。
5. 类加载阶段发生的时机
了解过java的编译运行流程，仍有一点不清楚，类加载阶段究竟发生在什么时候？是在进入main方法之前？还是在使用类前？接下来我们罗列几个常见的类加载机制出现的时机：
- 首次使用类时：在程序运行期间，当某个类被首次主动使用时，JVM会开始这个类的加载阶段。主动使用的情况包括但不限于创建类的实例、访问某个类的静态变量、调用类的静态方法等。
- 通过类加载器显式加载：当通过Java类加载器（如
java.lang.ClassLoader的子类）显式加载一个类时，也会触发该类的加载阶段。 - 由其他类引用：当一个类在运行时使用了另一个类，JVM可能需要加载并初始化那个被使用的类。
- 初始化某个类的子类：如果一个类的子类被加载，其父类还未被加载，JVM会先加载父类。
- 调用类的静态方法：在调用一个类中的静态方法时，该类会被加载。
示例如上，我们编写了一个用于测试的DemoTest类，一个TestHaHa类，在main中调用TestHaHa的静态方法，即使用了TestHaHa类，此时触发类加载机制，加载了TestHaHa中的静态代码块。
其余示例由于篇幅原因，不在本篇博客中作展示。
类从加载到使用
下图展示了Java类生命周期的主要阶段，包括编译、加载、连接、初始化、使用和卸载。，由于类加载只包括加载、链接、初始化三个过程，故而本篇博客暂时不会提及最终的卸载环节。
1. 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存储在方法区内，并在堆中生成一个便于用户调用的java.lang.Class类型的对象的过程。
-
通过类的全限定名查找类：JVM通过类加载器查找.class文件或提供.class文件的网络资源。
-
将.class文件的二进制数据读入JVM：这些数据被存储在方法区内。
-
在堆区创建java.lang.Class对象：每个类在JVM中都有唯一对应的Class对象，用于表示类在JVM的状态。
2. 验证
- 首先对文件格式进行验证（发生于加载阶段）
- 而后对元数据和字节码进行验证（即对Class静态结构进行语法和语义上的分析，保证其不会产生危害虚拟机的行为）
- 对符号引用进行验证（在解析阶段进行）
3. 准备
准备阶段是在字节码验证通过之后，虚拟机会认为该Class是安全的，此时将会进入准备阶段。
准备阶段做的处理其实不复杂，就是为类分配静态变量的内存，并设置默认初始值。例如，对于基本数据类型，int会被初始化为0，对象引用会被初始化为null。
在准备阶段的介绍中，我们简单了解方法区。
在JDK 8之前，方法区通常与永久代（Permanent Generation，PermGen）联系在一起。在JDK 8及以后弃用了永久代这种实现方式，采用**元空间（Metaspace）**这种直接内存来取代。
有人说，JDK 8以后采用了元空间来替代方法区，这种说法是完全错误的。
因为方法区是抽象概念，元空间是实现方式。
在JDK 8之前，类的元信息、常量池、静态变量等都存储在永久代这种具体实现中，而在JDK 8及以后，常量池、静态变量等被移除方法区，从而转移到了堆中，元信息这些依然保留在方法区内，但是具体的存储方式改成了元空间。
4. 解析
解析阶段是在准备阶段完成之后，主要做的一件事情就是将符号引用替换为直接引用。
回到刚刚说的将符号引用替换为直接引用。
那么什么是符号引用，什么是直接引用呢？
我们首先假设类A与类B
当类A在运行时需要引用类B时，JVM会通过以下步骤来解析这个引用：
- 类加载：如果类B尚未被加载，JVM将触发类B的加载过程。
- 解析：JVM解析类A中的符号引用，找到类B的
Class对象。 - 替换：JVM将符号引用替换为直接引用，这个直接引用指向类B的确切位置。
我在这篇博客中提到过动态链接的概念：
【JVM】从i++到JVM栈帧-CSDN博客
为什么这里也有将符号引用转换为直接引用的操作呢？这里的操作与类加载中的操作有什么区别？
当一个动态调用发生时，JVM会执行以下操作：
当解析部分完成，外部链接的Java类已经成功地引入到了程序当中。
5. 初始化
在Java的类加载机制中，初始化阶段标志着类加载过程的完成。在这一阶段，JVM会识别并执行类级别上的初始化操作，这些操作与new一个对象不同。
初始化动作包括以下几个方面：
- 类变量的赋值：在类级别上声明的变量（即静态变量）将根据代码中的指令被赋予具体的初始值。
- 静态代码块的执行：类中定义的静态代码块（以
static { ... }括起来的部分）包含了一些在类加载时需要执行的逻辑，这些逻辑会在初始化阶段按代码中出现的顺序执行。
值得注意的是，这些类级别的初始化与调用对象的构造函数是两个不同的概念。对象的实例化涉及到以下步骤：
- 使用
new关键字：当Java代码中显式使用new关键字创建一个对象时，会触发对象的构造过程。 - 构造函数的调用：对象实例化后，JVM会调用与对象相对应的构造函数（用
<init>()表示），以完成对象初始化。
类初始化和对象初始化是两个不同的阶段，分别对应于类和对象的不同生命周期。类初始化是一次性的，发生在类首次加载到JVM时；而对象初始化则在每次创建新对象时发生，为每个对象单独进行。
结语
接下来还会继续介绍JVM的类加载器和双亲委派机制，笔者争取争取都给学一下。
已经没有啦！不用再往下翻啦！
