學習一門編程語言的三個層次
我覺得對一門語言的理解不能僅僅停留在表面，如果把學習一門編程語言分爲三個層次的話。我認爲大概分爲下面三個方面：
- 第一層 是認識瞭解這門編程語言的語法、用法
- 第二層 是瞭解這門編程語言同其他語言的優劣勢和生態
- 第三層 是瞭解這門編程語言底層運行的機制，能從這樣有利於解決罕見問題和程序調優
Java最核心的還是JVM就是上面說的第三層，其中最重要的就是Java類加載機制。下面我們先看一下Java運行的過程
Java運行過程
首先，我們要了解一件事情，那就是我們編寫的Java代碼是如何運行起來的呢？
這張圖的流程可能很多人都知道。
Java文件通過javac編譯成.class字節碼文件，然後由JVM加載字節碼文件，開始編譯執行，這個加載的過程就是類加載。
JVM主要分爲五塊區域：
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堆
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虛擬機棧
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本地方法棧
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pc寄存器
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方法區
下面放一張更詳細的流程圖
Java類的生命週期
這張圖應該很多人已經看到過，但是我今天還是要拿出來講一下，因爲我覺得這張圖本身是不嚴謹的，稍後會說明。
關於這張圖，我覺得有3個方面需要說明一下：
- 這張圖表現了一個類完整的生命週期，而我之前提到的類加載，只包括加載、連接和初始化這三個過程。
- 我們要區分類加載和加載，圖上的加載只是類加載的第一步。
- 這張圖上，連接裏解析環節的順序是靈活的，驗證是分爲很多個步驟，而其他環境的順序固定不可變。比如後面會講到的“後期綁定”，就是發生在初始化環節之後。
接下來先來看加載這個環節。
加載
加載是在硬盤上查找或通過IO讀取.class字節碼文件，並將其轉化爲靜態數據結構存儲在方法區，同時在堆中實例化Class對象，便於用戶調用的java.lang.Class類型的對象的過程。
像一些動態代理技術，就是用的即時計算出來的class，然後實例化代理對象。而上面提到的方法區和堆的概念，可以參照前一篇掌握JVM這一篇文章就夠了，去查看JVM內存模型的說明。
接下來是連接裏的驗證階段。
連接-驗證
首先我要先說明一點，之所以我前面說那張Java類生命週期的圖不嚴謹，其一就是因爲驗證這個動作有很多步驟，其實是分佈在各個不同環節的，並非像圖所示的固定在某個環節。
- 其中第一個步驟，對文件格式的驗證，其實是發生在上面加載環節的，只有驗證通過才能順利加載，這時候JVM方法區就有了Class對象的靜態數據結構，堆中也有了實例化的對象，但這時候需要使用這個類還需要連接。
- 連接的第一步就是對這個類的元數據和字節碼進一步進行驗證，看是否會對JVM造成危害，等驗證通過，JVM暫且認爲這個類是安全的。但這時候驗證並沒有完全結束，還有一步對符號引用的驗證。
- 對符號引用的驗證，是發生在解析環節內的，而解析環節是可以在初始化環節之前或之後進行的，所以驗證是包含了很多步驟，分佈在各個不同環節的。
在元數據和字節碼驗證通過之後，虛擬機就進入到了準備階段。
連接-準備
準備就是爲類靜態變量分配內存，並將其初始化爲默認值。
例：static int b= 10，這裏只將b初始化爲0，10的值會在初始化階段賦值。
但類變量如果被final修飾則會直接賦予定義的值（即final static修飾的變量 final static int c = 15;）
此時會出現一個被太多人混淆和誤解的概念：
我們來好好捋一捋。
“常常看到有人說，JDK8及以後採用“元空間”來替代“方法區”，這種說話時完全錯誤的，方法區是抽象概念，元空間是具體實現方式”
方法區是JVM規範中的定義，只是個概念，無論是元空間還是永久代，都只是方法區的一種實現。
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jdk7是永久代，用於存放類信息，字符串常量池，靜態變量。
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jdk8以及以後元空間存放類信息，字符串常量池和靜態變量被放到了堆中。
jrocket和hotspot虛擬機都有方法區的概念，只是jrocket沒有永久代這種實現方式。在jdk8中整合兩大虛擬機之後，由永久代換成了元空間。
在準備完成之後，就來到了之前一直提到的解析環節。
連接-解析
解析就是將符號引用轉化爲直接引用。
如果我們調用的是具體的實現類，那就是靜態解析。
像我們所瞭解的多態，就是通過“後期綁定”來實現的，其實就是這裏的動態解析。比如接口或抽象類，剛開始是不知道具體實現類的，所以在運行過程中，當虛擬機調用棧得到類型信息，這時候就可以用明確的直接引用替換符號引用了，這就是動態解析。這時候解析環節就是發生在初始化之後的。
底層對應的invokedynamic這條字節碼指令。
當解析完成，整個連接步驟就完成了，這時候類就引到了程序中。
接下來是初始化階段。
初始化
初始化階段比較好理解，簡單概括就是：爲類變量初始化賦值，爲成員變量賦零值，執行靜態代碼塊。
下面進入源碼階段，講一下類加載底層的一個詳細流程。
類加載底層詳細流程
- 先執行java文件
- 創建Java虛擬機
- 創建引導類加載器
- 由C++調用Java代碼創建JVM啓動器實例Launcher
- Launcher類由引導類加載器加載
- 同時創建其他類加載器（都是Launcher下的靜態內部類）
- 通過ClassLoader.loadClass()加載類
雙親委派機制
、
默認從Application ClassLoader開始加載類。
在每個ClassLoader開始的時候，先從jvm緩存查找該類。如果緩存沒找到，然後向上委託給父類加載器進行加載，一直到Bootstrap ClassLoader。
父加載器加載失敗則向下由子加載器繼續加載。
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Bootstrap ClassLoader：負責加載jre/lib目錄下的核心jar包，比如rt.jar等
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Extension ClassLoader：負責加載jre/lib/ext目錄下的jar包
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Application ClassLoader：負責加載項目中自己寫的類，就是加載ClassPath/類路徑下的.class字節碼文件
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自定義加載器：負責加載自定義路徑下的.class字節碼文件