类和类的加载器ClassLoader

类的生命周期

1. 加载阶段（Loading）：类加载器将类的字节码文件（.class文件）加载到JVM内存中。
   • 通过类的全限定名获取类的二进制字节流，包括从本地加载、从网络加载、动态代理生成
   • 将字节流所代表的类结构保存到方法区
   • 在方法区中生成一个代表该类的InstanceKlass，保存了类的信息的C++对象
   • 在堆中生成java.lang.Class对象与InstanceKlass相关联，在Java代码中获取类的信息以及存储静态字段的数据。

2. 验证（Verification）：确保被加载的类的正确性。

   • 文件格式验证、元数据验证、字节码验证（魔数、版本号；语义分析，如是否有父类、是否继承final类等；数据流和控制流分析）
   • 符号引用验证（解析阶段发生，检查引用的类、字段、方法是否存在）

3. 准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存并设置初始值。

   • 为类变量（static变量）分配内存，并设置默认初始值（如int为0，引用为null等）
   • 注意：final static变量在此阶段会直接赋值为代码中指定的值

4. 解析（Resolution）：将符号引用（cp info \#xx）转换为指向内存的直接引用（形如@0x000000007e0000c0）。

   • 类、接口、字段、方法的解析
   • 解析可以在初始化之后进行（Java语言的动态绑定特性）

连接（Linking）：连接包含验证、准备、初始化三个阶段。连接阶段不会执行程序员写得代码。

5. 初始化（Initialization）：执行类<clinit>()方法，真正初始化类变量和其他资源。
   • <cinit>()执行静态变量赋值语句；执行静态代码块（即Java中的static{}）
   • 父类的<clinit>()先于子类执行
   • 线程安全，多个线程同时初始化一个类时只有一个线程能执行

5. 使用（Using）：程序正常使用类。
6. 卸载（Unloading）：垃圾回收器回收类。

类加载器

类加载器是Java虚拟机提供给程序去实现获取类和接口字节码是数据的技术，这也意味着类加载器不止可以使用Java编写。类加载器只参与了第一个阶段的第一个步骤，获取字节码文件。

类加载器的应用场景：SPI机制、类的热部署、Tomcat类的隔离、Arthas。

类加载器分为虚拟机底层用C++实现的启动类加载器和JDK默认提供的Java编写的扩展类加载器和应用程序类加载器。

启动类加载器 Bootstrap ClassLoader

由Hotspot虚拟机提供的、使用C++编写的类加载器。默认加载 JAVA_HOME/jre/lib下的类文件，比如rt.jar、tools.jar、resources.jar。

使用getClassLoader()方法获取启动类加载器返回null，说明了启动类加载器不会被程序员直接使用。如果想使用启动类加载器加载用户jar方法有两个：

• 将用户的jar放入jre/lib目录中
• 使用 -Xbootclasspath/a:jar包目录/jar包名 虚拟机参数（推荐）

扩展类加载器 Extension ClassLoader

扩展类加载器由JDK提供使用Java编写的类加载器，默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录下的类文件。扩展类加载器加载用户jar的方法：

• 将用户jar放入jre/lib/ext目录
• 使用 -Djava.ext.dirs=jar包目录 虚拟机参数（推荐），这种方式会覆盖原始扩展目录，多个目录使用;（或者:）隔开

应用程序类加载器 Application ClassLoader

加载classpath下的类文件，包括项目文件和项目使用的第三方依赖文件，即运行的程序通常由应用程序类加载器加载。

图中展示了扩展类加载器和应用程序类加载器的继承关系。

实操：记录父类与子类的初始化

现有如下代码：

package xyz.sl;

public class Main {  
    public static void main(String[] args) throws IOException { 
	    // new B02();  // new一个B02对象
        System.out.println(B02.a);  
        System.in.read();  
    }  
}  
  
class A02 {  
    static int a = 0;  
    static {  
        a = 1;  
    }  
}  
  
class B02 extends A02{  
    static {  
        a = 2;  
    }  
}

子类B02的初始化需要先初始化父类A02，因此A02.a的值被赋值为1。因为main方法没有触发B02的初始化，所以B02.a不会被赋值为2，所以最终程序输出结果为1。但若取消代码中的注释，new B02()触发B02的初始化，a被赋值为2，最终会输出2。

1. 首先来看没有取消注释的情况。打开Jclasslib加载编译生成的Main.class文件，查看main方法的指令。第二行可以看到是 getstatic \#13 <xyz/sl/B02.a : I>。 接下来运行main方法，然后再cmd中使用jps命令查看刚刚运行的Main程序的Pid（jps命令和java命令在同一个文件夹下面）。然后打开HSDB窗口，点击File->Attach to HotSpot->输入刚才得到的Pid->点击确定。在HSDB中呈现给我们的就是Main进程在JVM内存中的字节码。Attach成功之后，点击Tools->Class Browser->输入包名并点击回车。 点击Main所在的class引用，再点击main()所在的方法引用，现在呈现的就是java程序实际执行的保存在JVM内存的代码。在第二行能明显看到该处与字节码文件中不一致，也就意味着实际执行的指令是 getstatic #13 \[Field int a\] of class xyz.sl.A02 @0x000001229d000a00 。也就是说虽然代码中通过B02.a访问，实际加载到内存的引用是A02.a。

2. 当取消掉注释，new B02()触发了新对象的创建。导致B02中的静态代码块被执行，最终输出2。