JVM基礎：類的載入

Car.class載入到JVM中，稱為DNA後設資料模板，放在方法區。

類載入的完整過程

虛擬機器器對Class檔案採用的是按需載入的方式：當需要使用該類時才會將它的Class檔案載入到記憶體生成Class位元組碼物件【方法區：Hotspot的元空間】
類的載入過程主要分為三個過程：載入、連結、初始化，其中連結又分為：驗證、準備、解析

• 載入：通過類的完全限定名獲取此類的二進位制位元組流，將位元組碼檔案中的靜態儲存結構轉化為方法區的執行時資料結構，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存取入口。
• 驗證： 驗證位元組碼檔案的資料是否符合虛擬機器器的要求
• 準備：

（1）為靜態成員變數（不包括被final修飾的）分配記憶體，並設定該靜態成員變數的預設初始值。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在準備階段後的初始值為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,初始化時會把此語句和靜態程式碼塊會被合併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預設值或賦指定值，因為普通成員變數會隨著物件存入堆記憶體中

• 解析： 將靜態常數池中的符號參照轉換為直接參照的過程，解析動作主要針對介面、類、欄位、類方法、介面方法、方法型別等。
  其中符號參照就是靜態常數池中的#開頭的符號地址，直接參照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的過程，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語句、靜態程式碼塊收集到Clinit方法中，執行順序按語句在檔案中的出現順序執行。下圖是通過jclasslib反編譯後的結果：
  
  在Java編譯之後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程式碼塊、靜態成員變數賦值語句時，是沒有clinit方法的。

clinit方法（類構造器）、init方法（範例物件構造器）

• clinit方法是類構造器方法，收集了靜態變數初始化語句和靜態塊語句，執行順序為：父類別靜態變數初始化- -》父類別靜態語句塊 --》子類靜態變數初始化 --》子類靜態語句塊
• init方法是範例構造器，該範例構造器會收集：普通成員變數的初始化語句，構造程式碼塊、呼叫父類別構造器（super()）等操作，執行順序為：父類別變數初始化–》父類別構造程式碼塊–》子類變數初始化–》子類構造程式碼塊
  
  clinit方法在類載入的初始化階段執行，而init方法在建立物件的過程中執行
  靜態程式碼塊是在類載入的初始化階段執行的，當初始化一個類的時候發現其父類別還沒有初始化，需要先對父類別進行載入

類的載入器分類

JVM規範中將類的載入器分為兩類：啟動類載入器（Bootstrap ClassLoader）、自定義類載入器（User-Defined ClassLoader），其中所有派生於抽象類ClassLoader的類載入器都是自定義類載入器。

hotspot中類載入器分類：BootstrapClassLoader、ExtClassLoader、SystemClassLoader、使用者自定義類載入器，從前往後是一種包含關係，但不是繼承關係。

（1） 啟動類載入器Bootstrap ClassLoader

• 啟動類載入器Bootstrap ClassLoader主要用來載入Java核心內庫，用於載入JVM自身需要的類
• 啟動類載入器Bootstrap ClassLoader是用C/C++語言編寫的，並不繼承java.lang.ClassLoader，沒有父載入器
• 啟動類載入器會載入擴充套件類載入器、應用程式載入器，並指定他們各自的父類別載入器

（2）擴充套件類載入器Extension ClassLoader

• 擴充套件類載入器從java.ext.dirs系統屬性所指定的目錄中載入類庫，或從JDK的安裝目錄的jre/lib/ext目錄下載入類庫。如果使用者建立的jar包也存放在該目錄下，也會被擴充套件類載入器載入。
• 擴充套件類載入器Extension ClassLoader是用java語言編寫的，是sun.misc.Launcher的內部類ExtClassLoader，ExtClassLoader繼承了抽象類ClassLoader
• 擴充套件類載入器的父類別載入器為引導類載入器

（3）應用程式類載入器（系統類載入器 AppCLassLoader）

• 應用程式類載入器主要負責載入環境變數classpath或java.class.path指定的路徑下的類庫
• 應用程式類載入器用java語言編寫的，是sun.misc.Launcher的內部類AppClassLoader，ExtClassLoader繼承了抽象類ClassLoader
• 應用程式類載入器的父類別載入器為擴充套件類載入器
• 使用者自定義的類一般情況下都是由應用程式類載入器載入的
• 通過抽象類ClassLoader的靜態方法可以獲取當前類的類載入器

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader()

（4）自定義類載入器（目前僅作了瞭解，待後續學習）

為什麼要自定義類的載入器？

• 隔離載入類
• 修改類載入的方式
• 擴充套件載入源
• 防止程式碼洩漏

雙親委派機制

工作原理：如果一個類載入器收到了類載入請求，它並不會自己先去載入，而是委託給父類別載入器載入，如果父類別載入器還存在父載入器，則繼續向上委託，最終將類載入請求委託給啟動類載入器執行。如果父類別載入器可以完成類的載入，則成功返回，如果父類別載入器不能完成載入，則子載入器才會去嘗試載入
各載入器到各自負責的路徑下載入，不能載入該類，則子類到自己負責的路徑下載入。

舉例： 載入JDBC驅動時，系統類載入器將請求一層一層向上委託給啟動類載入器，但啟動類載入器、擴充套件類載入器都無法載入，最終又反向委派給系統類載入器載入。

驗證雙親委派機制

在專案中將建立一個與String包名相同的包java.lang，並自定義String類：

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

分析：
執行main方法時，應用程式類載入器收到載入java.lang包下String類的請求，一路向上委託至啟動類載入器，啟動類載入到java的核心類庫中載入了String類，而核心類庫中的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）避免類的重複載入
（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）載入Class型別物件對應的Class檔案的ClassLoader範例物件必須相同（同一型別的同一個物件）

類載入器常用API

常用的三種獲取應用程式類載入器的方式

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

獲取當前類的類載入器、獲取父類別加器、獲取各類載入器可以載入的jar包路徑

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