【Java】【JVM基礎(chǔ)】詳解class文件與JVM的關(guān)系

一、類的加載時機(jī)

我們通過javac將Java文件編譯成的.class文件什么時候會被加載到JVM中？

在虛擬機(jī)規(guī)范中嚴(yán)格定義了有且只有五種情況必須立即對類進(jìn)行初始化（也就是將class文件加載到JVM中）：

創(chuàng)建類的實(shí)例（new的方式）。訪問某個類或接口的靜態(tài)變量，或者對該靜態(tài)變量進(jìn)行賦值，調(diào)用類的靜態(tài)方法等

反射的方式

初始化某個類的子類，則其父類也會被初始化

Java虛擬機(jī)啟動的時候被標(biāo)明為啟動類的類，直接使用java.exe命令來運(yùn)行某個主類（包括main方法的那個類）

當(dāng)使用JDK1.7的動態(tài)類型 語言支持（java.lang.invoke包下）時

所以說java類的加載是動態(tài)的，它并不是一次性將所有類全部加載后再運(yùn)行，而是保留程序運(yùn)行的基礎(chǔ)類（也就是基類）完全加載到j(luò)vm中，至于其他類，則在需要的時候才加載，這就是為了節(jié)省內(nèi)存開銷。

二、如何將類加載到j(luò)vm中

class文件是通過類加載器加載到j(luò)vm中的。

那么java默認(rèn)有三種類型的加載器：應(yīng)用類、拓展類和引導(dǎo)類加載器

各個加載器的工作職責(zé)：

啟動類加載器：負(fù)責(zé)加載$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里面的所有class，由C++實(shí)現(xiàn)，不是ClassLoader子類

拓展類加載器：負(fù)責(zé)加載Java平臺中拓展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/ext/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包

應(yīng)用類加載器：負(fù)責(zé)加載classpath中指定的jar包及目錄中class

類加載器工作過程：

當(dāng)應(yīng)用類加載器加載一個class的時候，它首先自己不會嘗試加載這個類，而是把class請求委派給父類加載器-拓展類加載器去完成。

當(dāng)拓展類加載器加載一個class的時候，它首先也不會自己去加載這個class，而是把這個class委派給引導(dǎo)類加載器。

如果引導(dǎo)類加載器加載class失敗（例如在$JAVA_HOME/jre/lib里面未找到該class），會使用拓展類加載器來嘗試加載。

如果拓展類加載器也加載失敗，則會使用引導(dǎo)類加載器來加載。

如果引導(dǎo)類也加載失敗，則會報ClassNotFoundException異常

上面的工作過程其實(shí)就是雙親委派模型，如果一個類加載器加收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把類加載這個請求委托給父類加載器去完成，一次向上。這樣可以防止內(nèi)存中出現(xiàn)多份同樣的字節(jié)碼（安全性角度）。

類加載器在加載成功這個類之后，會把得到的java.lang.class類實(shí)例緩存起來，下次再請請求加載該類的時候，類加載器會直接使用緩存的類實(shí)例了，而不會嘗試再次加載。

類加載到JVM中詳細(xì)過程

加載，查找并加載類的.class字節(jié)碼二進(jìn)制數(shù)據(jù)，同時在java堆中創(chuàng)建一個java.lang.Class類的對象（該對象在編譯期就存在.class文件中，一個類的實(shí)例對象只能對應(yīng)一個Class對象，所以在共享堆中創(chuàng)建一份）。

連接，分為三塊內(nèi)容：驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析。

驗(yàn)證，包括文件格式、元數(shù)據(jù)、字節(jié)碼和符號引用等驗(yàn)證

準(zhǔn)備，為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值

解析，把類中的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用

初始化，為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值

類編譯優(yōu)化-JIT即時編譯器

在JVM加載這些class文件之后，對這些字節(jié)碼如果是逐條取出，逐條執(zhí)行（解析器解析）的話，會很慢，JVM會做進(jìn)一步的優(yōu)化：

拿到這些字節(jié)碼之后，會對這些Java字節(jié)碼進(jìn)行重新編譯優(yōu)化，生成機(jī)器碼，讓CPU直接執(zhí)行，這樣編譯出來的代理效率更高，但重新編譯也是需要時間的，所以JVM會對熱點(diǎn)代碼做重新編譯，而非熱點(diǎn)代碼就直接解析好了，重新編譯熱點(diǎn)代碼就使用JIT即時編譯期來實(shí)現(xiàn)。

那么檢測是否為熱點(diǎn)代碼的方式有：采樣和計數(shù)器。

HotSpot VM使用的是計數(shù)器的方法檢測熱點(diǎn)代碼，其具體實(shí)現(xiàn)是通過兩個計數(shù)器：方法調(diào)用計數(shù)器和回邊計數(shù)器；在確定虛擬機(jī)運(yùn)行參數(shù)的前提下，這兩個計數(shù)器都有一個閾值，當(dāng)計數(shù)器超過閾值溢出了，就會觸發(fā)JIT編譯。

三、總結(jié)-一個對象的加載過程

一個.java文件經(jīng)過javac命令編譯成功后，會得到一個.class字節(jié)碼文件

當(dāng)我們執(zhí)行了初始化操作（上面五種情況：new操作、子類初始化【父類也會一同初始化】，反射等等），會將讀取.class字節(jié)碼文件，取出二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過類加載器裝載到j(luò)vm內(nèi)存中

將.class文件加載到j(luò)vm中需要經(jīng)過加載，連接（驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析class文件信息）和初始化。

在加載的時候，會在Java堆中創(chuàng)建生成一個java.lang.class類的對象，這個Class對象代表著類相關(guān)的信息，只要是類有什么東西（包括成員變量，方法和構(gòu)造器等該Class對象都有對應(yīng)的方法getFields(),getMethods(),getConstructors()）,在Class對象中都可以找得到，然后就可以使用Class對象創(chuàng)建類的具體實(shí)例來進(jìn)行調(diào)用實(shí)現(xiàn)的具體功能，我們還可以通過Class對象來判斷對象的真正類型

jvm還會對熱點(diǎn)代碼進(jìn)行重新編譯優(yōu)化，使用JIT編譯技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高運(yùn)行效率

Java JVM

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