我们的代码是如何被加载到JVM执行的？(一)

流程：1.xxx.java -> 2.javac编译 -> 3.xxx.class -> 4.ClassLoader -> 5.字节码解释器、JIT -> 6.执行引擎执行

java文件编译成class文件

我们对java文件是熟悉的，但是对class文件是陌生的。JVM运行的是class文件，只要文件能够解释成class文件，那么都能在JVM上运行，将语言和执行代码分开（适配器模式思想），这也是“一次编译，到处运行”的由来。我们可以一起来了解下class文件的构成，对我们理解后续的过程是有帮助的。

class原始文件(截取)

上面这个明显很难看，在IDEA中可以使用插件“jclasslib Bytecode Viewer”进行辅助查看。

jclasslib Bytecode Viewer 视图

插件将描述被自动转成中文了，所以看下面的文件结构以及代表的含义：

ClassFileFormat(文件结构)

Magic Number -- 魔数：代表本文件是.class文件 -- cafe babe
Minor Version -- 次版本号，向下兼容
Major Version -- 主版本号，向下兼容
constant_pool_count -- 常量池个数
constant_pool(长度为constant_pool-conunt-1的表) -- 常量池
access_flags -- 访问标志（可进行位运算）
this_class -- 当前类
super_class -- 父类
interfaces_count -- 实现几个接口
interfaces -- 具体接口
fields_count -- 属性个数
fields -- 具体属性
methods_count -- 方法个数
methods -- 具体方法
attributes_count - u2 -- 附加属性有哪些
attributes -- 具体附加属性

想更深入的阅读，可看这篇文章：详解Class类文件的结构

以上是class文件的阅读，接下来将描述第四步ClassLoader的内容。

ClassLoader类加载器

列举常见的类加载器(级别由高到低)：Bootstrap ClassLoader，Extension ClassLoader，App ClassLoader，Custom ClassLoader...

类加载器的工作步骤

1. Loading -- 加载

类加载器的加载机制：双亲委派机制（如下图）。当加载一个class文件时，如果自定义类加载器(A)已经加载过则直接返回Class对象，如果没有则通过类加载器(A)的parent属性找父类加载器(B)，如果父类加载器(B)加载过则返回Class对象，没有则继续访问父类加载器(B)的parent属性找父类加载器(C)有没有加载过，直到Bootstap(最顶级的)也没加载过时，则按照这个class文件的路径依次向下询问是否为该类加载器的加载范围，如果是则进行加载，如果都不是，则由自定义类加载器加载出来。

双亲委派机制的优点：避免类重复加载、核心类被篡改等安全情况，主要是为了安全考虑。

双亲委派机制的缺点：如果某个类已经被某个类加载器加载出来（特别是Bootstrap），其他任何类加载器都不能对其进行修改，也不会重复加载其他的接口实现，但是开发者又确实需要修改这个接口的实现，那么则需要使用“SPI( 服务提供者接口)”机制，实现策略模式和热插拔效果。

/**
 * 类加载器层级关系
 */
public class JVMTest {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader1 = JVMTest.class.getClassLoader();
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        ClassLoader classLoader3 = classLoader2.getParent();

        System.out.println("classLoader1 == " + classLoader1); // classLoader1 == sun.misc.Launcher$AppClassLoader@14dad5dc
        System.out.println("classLoader2 == " + classLoader2); // classLoader2 == sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@19469ea2
        System.out.println("classLoader3 == " + classLoader3); // classLoader3 == null -->由于Bootstrap是由C++实现，java并没有该类，所以返回Null
    }
}

ClassLoader源码解析

上面是理解ClassLoader是什么帮助大家，理解脉络。下面我们主要看下loadClass的源码，验证上面的脉络是否说的一致。

当要加载一个class时，入口方法是loadClass，下面是loadClass的伪代码。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve){
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        // 首先，检查这个class是否已经被加载过
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        // 没有，则走if里面
        if (c == null) {
            // 先从父类加载器开始加载
            if (parent != null) {
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
           
            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                // 如果父类加载器加载不出来则调用findClass查找,并将class对象生成出来
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            // 如果resolve=true则用resolveClass()处理类
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

resolveClass():链接指定的类。这个方法给Classloader用来链接一个类，如果这个类已经被链接过了，那么这个方法只做一个简单的返回。否则，这个类将被按照 Java™规范中的Execution描述进行链接。

URLClassLoader类中的findClass()实现

protected Class<?> findClass(final String name){
    final Class<?> result;
    result = AccessController.doPrivileged(
       new PrivilegedExceptionAction<Class<?>>() {
           public Class<?> run() throws ClassNotFoundException {
               String path = name.replace('.', '/').concat(".class");
               Resource res = ucp.getResource(path, false);
               if (res != null) {
                   // 生成class对象
                   return defineClass(name, res);
              } else {
                  return null;
               }
           }
       }, acc);
    return result;
}

2.Linking -- 链接

Verification -- 验证校验class文件，class文件需符合当前虚拟机的要求（例如上面class文件的开头“cafe babe”），保证class文件加载正确。
Preparation -- 准备静态变量赋默认值，对类中的静态字段分配内存空间，基础类型赋默认值（例如long=0L,int=0），引用类型默认为null。
Resolution -- 解析

我们看class文件可知，类的很多信息的引用都放在了常量池里，如果使用的时候每次都去常量池里取，也比较低效，所以解析过程为类、接口、方法、成员变量的符号引用定位直接引用。

3.Initializing -- 初始化

静态变量赋值为初始值

下期预告

自定义ClassLoader
十分特殊的"上下文类加载器"
使用自定义ClassLoader实现热插拔式功能 JVM之自定义ClassLoader(二)

JVM之我们的代码是如何被加载到JVM执行的？(一)