Java程序编译和运行过程之 一个对象的生命之旅（类加载和类加载器）

Java程序从创建到运行要经过两个大步骤

1：源文件（.java）由编译器编译成字节码ByteCode（.class）

2：字节码由Java虚拟机解释并运行

源文件编译成字节码，主要分成两个部分：

1：常量池：所有的Token（类名、成员变量名等）、符号的引用（方法引用、成员变量应用等）
2：方法字节码：各个类中的各个方法的字节码

字节码由Java虚拟机解析运行分成两个部分：

1：类加载
2：类的执行

程序运行的详细步骤：（运行一个对象下的方法内部的细节）

Animal.java

public class Animal {
    public String name;
    public Animal(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void printName() {
        System.out.println("Animal ["+name+"]");
    }
}
MainApp.java
public class MainApp {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal("Puppy");
        animal.printName();
    }
}

下面是程序运行的详细步骤：

1.    在编译好java程序得到MainApp.class文件后，执行MainApp。
系统就会启动一个jvm进程，jvm进程从classpath路径中找到一个名为MainApp.class的二进制文件，将MainApp的类信息加载到运行时数据区的方法区内，这个过程叫做MainApp类的加载。

2.    JVM找到AppMain的主函数入口，开始执行main函数。

3.    main函数的第一条命令是Animal  animal = new Animal("Puppy");
就是让JVM创建一个Animal对象，但是这时候方法区中没有Animal类的信息，所以JVM马上加载Animal类，把Animal类的类型信息放到方法区中。

4.    加载完Animal类之后，Java虚拟机做的第一件事情就是在堆区中为一个新的Animal实例分配内存, 然后调用构造函数初始化Animal实例，这个Animal实例持有着指向方法区的Animal类的类型信息（其中包含有方法表，java动态绑定的底层实现）的引用。

5.    当使用animal.printName()的时候，JVM根据animal引用找到Animal对象，然后根据Animal对象持有的引用定位到方法区中Animal类的类型信息的方法表，获得printName()函数的字节码的地址。

6.    开始运行printName()函数。

类加载

类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。

类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口

类加载机制的内部细节

从类被加载到虚拟机内存中开始，到卸御出内存为止，它的整个生命周期分为7个阶段:

加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)、卸御(Unloading)。其中验证、准备、解析三个部分统称为连接。 7个阶段发生的顺序如下：

加载

1、将class文件加载在内存中。
2、将静态数据结构(数据存在于class文件的结构)转化成方法区中运行时的数据结构。
注意：方法区中如果出现OOM，那么多半是因为加载的依赖太多
3、在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为数据访问的入口

连接

1、验证：确保加载的类符合JVM规范与安全。保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件
2、准备：为static变量在方法区中分配空间，设置变量的初始值。例如static int a=3，在此阶段会a被初始化为0；
注意：准备阶段，只设置类中的静态变量（方法区中），不包括实例变量（堆内存中），实例变量是在对象初始化的时候分配值的
3、解析：
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
符号引用：简单的理解就是字符串，比如引用一个类，java.util.ArrayList 这就是一个符号引用
直接引用：指针或者地址偏移量。引用对象一定在内存（已经加载）。

初始化

初始化是类加载的最后阶段，初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法。在类构造器方法中，它将**由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作**(<!--准备阶段的a正式被赋值3-->)和静态变量与静态语句块static{}合并

**初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值**

使用、卸载

使用：正常使用

卸载：GC把无用的对象从内存中卸载

类加载器

其中加载、验证、准备、解析、初始化构成了类加载的的整个过程；

但是类的加载是需要通过类加载器来实现的

1）Bootstrap ClassLoader
负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的 class，由 C++ 实现，不是 ClassLoader 子类。
2）Extension ClassLoader
负责加载Java平台中扩展功能的一些 jar 包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的 jar 包。
3）App ClassLoader
负责加载 classpath 中指定的 jar 包及目录中 class。
4）Custom ClassLoader
属于应用程序根据自身需要自定义的 ClassLoader，如 Tomcat、jboss 都会根据 J2EE 规范自行实现 ClassLoader。
加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从 Custom ClassLoader 到 BootStrap ClassLoader 逐层检查，只要某个 Classloader 已加载就视为已加载此类，保证此类只所有 ClassLoader 加载一次。而加载的顺序是自顶向下，也就是由上层来逐层尝试加载此类。

通过代码验证类加载器模型：

public class ClassLoaderTest {    
        public static void main(String[] args) {        
            ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();        
            System.out.println(loader);        
            System.out.println(loader.getParent());        
            System.out.println(loader.getParent().getParent());    
        }
}

在获取ExtClassLoader的父loader的时候出现了null，这是因为Bootstrap Loader（引导类加载器）是用C++语言实现的，找不到一个确定的返回父Loader的方式，于是就返回null