类加载子系统
一、内存结构概述
二、类加载过程
1.类加载子系统的作用
类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识；
ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定
加载的类信息存放于一块成为方法区的内存空间。除了类信息之外，方法区还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）
2. 类加载器ClassLoader作用
将class文件从物理磁盘中加载到内存中，并创建对应的java.lang.Class类对象，然后通过调用构造方法可以创建Class类对象的实例，然后实例也可以通过getClass获取到Class类对象,在通过它也可以获取到类加载器。
例如：从这里可以看出
car的包路径和地址值com.wz.Car@4554617c，
class包文件路径class com.wz.Car，
以及是由那个类加载的引用和地址值sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
3.类加载的具体过程
分为三步，加载，链接，初始化
3.1加载
通过一个类的全限定明获取定义此类的二进制字节流；
将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区（具体名称看版本）的运行时数据；
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口
3.2链接
3.2.1 验证
目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
主要包括四种验证，文件格式验证，源数据验证，字节码验证，符号引用验证。如，所有class文件开都是CA FE BA BE
3.2.2 准备
为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值；
这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；
这里不会为实例变量分配初始化（实例变量初始化在创建对象的时候），类变量会分配在方法去中，而实例变量是会随着对象一起分配到java堆中。
3.2.3 解析
将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
事实上，解析操作网晚会伴随着jvm在执行完初始化之后再执行
符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号应用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info/CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。
所谓将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程，就是编译后的class文件中其实会引用很多类，编译过程不会将这些也类编译到这个class文件中，而是使用一个符号来引用这个class文件，然后在解析阶段，即这个阶段，将这个符号引用转换成直接引用
3.3初始化
初始化阶段就是执行类构造器方法clinit（）的过程。
此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。注意条件是类变量和静态代码块，所以实例变量是不会显示这个方法的，实例变量的初始化在init这个方法里,而这个init就是类的构造器，即构造方法。
构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行
public class ClassInitTest {
private static int num = 1;
static {
num = 2;
k = 20;
System.out.println(num);
//System.out.println(k);//报错，非法的前项引用
//这里前面没声明为什么可以赋值呢，其实是在前面提到的链接阶段中的准备阶段，
//已经默认给类变量赋了默认值了，所以到了初始化阶段依然可以再次赋值，但是不能使用，因为声明是在后面的
}
private static int k = 10;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(num);
System.out.println(k);
}
}clinit()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的init()）
若该类具有父类，jvm会保证子类的clinit()执行前，父类的clinit()已经执行完毕
虚拟机必须保证一个类的clinit()方法在多线程下被同步加锁。
三、类加载器
1. 类加载器种类
JVM支持两种类型的加载器，分别为引导类加载器（BootStrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）
从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有三个，如下所示：
这四者之间是包含关系，不是上下层关系，也不是父子类继承关系
ClassLoaderTest
public static void main(String[] args) {
//系统类加载器
ClassLoader sysClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(sysClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//获取上层扩展类加载器
ClassLoader extClassLoader = sysClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4554617c
//获取上层引导类加载器
ClassLoader bootClassLoader = extClassLoader.getParent();
System.out.println(bootClassLoader);//null
//对于自定义类，默认使用系统类加载器加载
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//对于java核心类库，使用引导类加载器加载
ClassLoader stringClassLoader = String.class.getClassLoader();
System.out.println(stringClassLoader);//null
}
2.类加载器种类介绍
①启动类加载器（引导类加载器，BootStrap ClassLoader）
这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部
它用来加载java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar/resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类
并不继承自java.lang.ClassLoader,没有父加载器
加载拓展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父加载器
处于安全考虑，BootStrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类
②拓展类加载器（Extension ClassLoader）
java语言编写 ，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
派生于ClassLoader类
父类加载器为启动类加载器
从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。
如果用户创建的JAR放在此目录下，也会由拓展类加载器自动加载
③应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）
java语言编写， 由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
派生于ClassLoader类
父类加载器为拓展类加载器
它负责加载环境变量classpath或系统属性 java.class.path指定路径下的类库
该类加载器是程序中默认的类加载器，一般来说，java应用的类都是由它来完成加载
通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器
public static void main(String[] args) {
System.out.println("********启动类加载器*********");
URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
//获取BootStrapClassLoader能够加载的api路径
for (URL e:urls){
System.out.println(e.toExternalForm());
}
//从上面的路径中随意选择一个类 看看他的类加载器是什么
//Provider位于 /jdk1.8.0_91.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar 下，引导类加载器加载它
ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);//null
System.out.println("********拓展类加载器********");
String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
for (String path : extDirs.split(";")){
System.out.println(path);
}
//从上面的路径中随意选择一个类 看看他的类加载器是什么:拓展类加载器
ClassLoader classLoader1 = CurveDB.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4b67cf4d
}
3. 自定义类加载器
隔离加载类
修改类加载的方式
拓展加载源
防止源码泄漏
具体步骤
4.ClassLoader的常用方法及获取原理
ClassLoader常见方法
获取ClassLoader的方法，前面三种较为常见
四、双亲委派机制
Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将她的class文件加载到内存生成的class对象。而且加载某个类的class文件时，java虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派 模式
1. 双亲委派机制工作原理
简单理解就是，类加载器收到加载请求，自己会去找自己的父类加载器，到达最顶层之后，如果能完成加载，则由最顶层的类加载器加载，如果不能完成加载，则由最开始的类加载器自行加载。举个通俗的例子： 我摘了三朵不同的花，不知道叫什么，先问爸爸，爸爸告诉了我第一朵，另外两朵他不知道，爸爸去问爷爷，爷爷知道第二朵，最后一朵他也不知道，爷爷不会用手机让我爸去百度，我爸也会用手机让我去百度，然后我去百度第三朵花，如果没百度到，那就是找不到了。
代码实例： 创建一个java.lang包，并新建一个String类，加上一个静态代码块
但是最终并没有执行静态代码块，这是因为String类已经交给启动类加载器加载好了，所以调用就不是自定义的String类
2.双亲委派机制优点
避免类的重复加载
保护程序安全，防止核心API被随意篡改，如自定义类：java.lang.String
五、沙箱安全机制
自定义String类，但是在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中的java\lang\String.class）,报错信息说没有main方法就是因为加载的是rt.jar包中的String类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制
类比举例： 我们在读写U盘信息时可以用360沙箱，在360的沙箱中安装软件，可防止U盘内的病毒等对沙箱外的系统构成污染
六、其他
1.判定类一样的条件
在jvm中表示两个class对象是否为同一个类存在的两个必要条件
类的完整类名必须一致，包括包名
加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同
换句话说，在jvm中，即使这两个类对象（class对象）来源同一个Class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的.
2.类加载器的引用
JVM必须知道一个类型是有启动类加载器加载的还是由用户类加载器加载的。==如果一个类型不是由启动类加载器加载的，那么jvm会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的会议部分保存在方法区中==。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证两个类型的加载器是相同的
3.类的主动使用和被动使用
主动使用，分为七种情况
创建类的实例
访问某各类或接口的静态变量，或者对静态变量赋值
调用类的静态方法
反射 比如Class.forName(com.dsh.jvm.xxx)
初始化一个类的子类
java虚拟机启动时被标明为启动类的类
JDK 7 开始提供的动态语言支持： *java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化
除了以上七种情况，其他使用java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。