【JVM】类加载机制

类加载机制

类加载指的是，Java 进程运行的时候，需要把 .class 文件从硬盘读取到内存，并进行一些列的校验解析的过程（程序要想执行，就得进入内存）

• .class 文件==>类对象
• 硬盘==>内存

类加载过程

类加载的过程，其实是在 Java 官方文档中给出的说明

1. 加载：找到. class 文件，并且读文件内容
2. 验证：校验 .class 文件的格式是否符合 JVM 规范要求
3. 准备：给类对象分配内存（此时内存空间全是 0 的==>类的静态成员也就是全 0 的值）
4. 解析：针对类中的字符串常量进行处理
5. 把类对象的各个属性进行赋值填充==>触发对父类的加载，初始化静态成员，执行静态代码块

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类加载大体的过程可以分为五 个步骤（也有资料上说是三个，这个情况就是把 2,3,4 合并成一个了）

1. 加载

把硬盘上的 .class 文件找到，打开文件，读取到文件内容（认为读到的是二进制的数据）

• 找文件这里还有点幺蛾子（后面再说）

2. 验证

当前需要确保读到的文件的内容是合法的 .class 文件（字节码文件）格式

具体的验证依据，在 Java 虚拟机规范中，有明确的格式说明：
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html

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这里的描述方式，类似与 C语言的结构体

• 前面一列是属性的类型；后面一列是属性的名字
• u4 就是 4 个字节的无符号整数

1. magic

magic 也叫做 magic number，魔幻数字。广泛应用于二进制文件格式中，用来标识当前二进制文件的格式是哪种类型

二进制文件是一个非常广泛的话题。mp3、mp4 是二进制，你图片也是二进制，你一个可执行程序也是二进制，你一个 .class 文件也是二进制。不同的二进制，在使用和解析的时候肯定是存在一些差别的

所以我们一般就会在二进制文件开头指定一个固定的“魔幻数字”，通过这个数字对这个文件类型进行区分

2. minor/major_version

• minor_version：次版本
• major_version：主版本

平时说 Java 8，9，17… 平时表达的时候使用的版本，实际上 JVM 开发过程中内部还有版本（通过 minor/major_version 进行表示）

JVM 执行 .class 文件对的时候，就会验证版本是否符合要求。如果版本不兼容，就无法执行。一般来说，高版本的 JVM 可以运行低版本的 .class，反之不一定能行

3. 准备

给类对象申请内存空间

此时申请到的内存空间，里面的默认值，都是全 0 的。（这个阶段中，类对象里的静态成员变量的值也就相当于是 0）

4. 解析

主要是针对类中的字符串常量进行处理

解析阶段是 Java 虚拟机将常量池的符号引用替换为直接引用的过程，也就是初始化常量的过程

偏移量

class Test {private String s = "hello";
}

• 在 .class 文件中，会有一个部分用来存储“hello”这个字符串常量（常量池里面，上面验证的格式里面包含了）
• 还有一个空间对应着 s 这个变量
  • 在上述代码中，我们很明显的知道，s 变量里面相当于保存了“hello”字符串常量的地址。但是在文件中，不存在“地址”这样的概念。谈到地址就是“内存”的地址，我们是文件，是硬盘（硬盘没有地址的概念）
  • 虽然没有地址，但是可以存储一个类似于地址的“偏移量”（文件开头到“hello”的距离）这样的概念，用来描述这个数据的位置

符号引用和直接引用

此处文件中填充给 s 的“hello”的偏移量，就可以认为是“符号引用”。接下来要把 .class 文件加载到内存中，就会先把“hello”这个字符串加载到内存中，此时“hello”就有地址了。

之后 s 里面的值就可以替换成当前“hello”真实的地址了（直接引用）

本来在文件中存储的并非是一个真实的地址，而是一个标记（偏移量）；我们回到内存中后，我们就可以把这个数据的存储换成真实的地址了

5. 初始化

针对类对象完成后续的初始化
还要执行静态代码块的逻辑，还可能会触发父类的加载