前言

我們很多小伙伴平時都是做JAVA開發的，那么作為一名合格的工程師，你是否有仔細的思考過JVM的運行原理呢。

如果懂得了JVM的運行原理和內存模型，像是一些JVM調優、垃圾回收機制等等的問題我們才能有一個更清晰的概念。

為了走進JVM，深入了解底層，王子打算寫一個JVM的專題，留下自己對JVM探索的足跡，同時也希望能幫到小伙伴們更好的理解JVM。

那我們開始吧。

JAVA代碼的運行流程

首先我們就來聊一聊JAVA代碼是怎么運行起來的，這部分比較基礎相信大家都知道，就當成是個復習吧。

我們編寫的代碼都是在java文件中編寫的，然后會編譯成class字節碼文件。

當我們使用到哪個類的時候就會通過類加載器把class字節碼文件中的類加載到jvm內存中，然后就是在jvm內存中運行我們的代碼了。

整體的運行流程就是這樣，相信小伙伴們都很清楚這些，但是有關類加載器是如何把類加載到jvm內存中的，小伙伴們有考慮過嗎？

今天我們主要就是聊這一部分。

JVM什么時候加載類

其實說到類加載的底層機制，這是一個很復雜的過程，但是對于我們平時的工作來講，只要懂得它的核心原理就可以了。

一個類的加載過程會經歷如下的幾個過程：

加載、驗證、準備、解析、初始化、使用、卸載

首先我們就先弄明白一個問題，jvm是什么時候去加載類的呢？

其實答案很簡單，就是我們什么時候使用到了這個類，它就去class字節碼文件中去加載這個類。

而作為程序的入口，具有main方法的類，肯定是最開始的時候就加載到jvm中了。

對于加載類的時間點問題，其實就是這么簡單。

類加載器和雙親委派機制

既然我們知道了類加載的時間點，那么jvm是通過什么方式對類進行加載的呢？就是類加載器。

那接下來我們就來聊聊jvm的類加載器。

jvm的類加載器總體上可以分成4層，我們一起看一下。

1.啟動類加載器

首先就是jvm啟動的第一道關口，啟動類加載器Bootstrap ClassLoader，它主要是加載java的核心類。

相信大家都知道，無論是什么環節下運行java程序，都是要安裝jvm虛擬機環境的，而在這個環境的目錄中是有一個lib文件夾的，這個文件下就是java最核心的類庫，支撐著java系統的運行。

所以一旦jvm啟動，那么首先就會通過啟動類加載器去加載lib文件夾下的核心類庫。

2.擴展類加載器

然后我們就到了第二層，擴展類加載器Extension ClassLoader，這個類加載器其實與啟動類加載器是類似的。

在我們的jvm虛擬機環境目錄下，是有一個lib/ext的文件夾的，這里面的類就是java運行環境的一些擴展類，這些擴展類就是在jvm啟動后，通過擴展類加載器進行加載的。

3.應用程序類加載器

加載完核心類庫和擴展類，這時候就到了第三層，應用程序類加載器Application ClassLoader，這個類加載器你就可以理解成是加載我們寫好的java代碼的就可以了。

4.自定義類加載器

前面的三層就是基本的類加載器了，然后第四層是自定義類加載器，根據一些特殊的需求來自己定義類加載器加載我們的類。

整體上類加載器就是這么的4層結構。很多小伙伴可能都聽說過雙親委派機制，那么什么是雙親委派機制呢，王子就和大家用最接地氣的語言描述一下。

其實很好理解，就是當我們的類加載器要加載一個類的時候，它首先會委派給它的父親去加載，但是如果它的父親沒找到就會把這個事交給他的孩子自己去完成了。

這就是雙親委派機制。

舉個例子，假如我們的應用程序類加載器要加載一個類A，那么首先它會先回家找它老爸擴展類加載器，問問“老爸，你那有這個類A嗎？”

然后擴展類加載器接到這個請求之后，同樣也懶得處理，再去找它爺爺啟動類加載器。

它爺爺找了一圈沒找到類A，很生氣，就對擴展類加載器說，“我這沒有，你自己找去！”

然后擴展類加載器就灰溜溜的自己找了一圈，同樣也沒找到，這時候就找到應用類加載器了，說：“我這哪有你這個類A，這明明是你自己應該干的活，愛上哪找上哪找去，我不管了”。

這時候應用類加載器就只能自己去處理了，找了一圈發現找到了類A，就把它加載到jvm內存中了。

相信大家看了這個例子應該很容易理解了吧。

所以假設我們自己創建了一個類java.lang.String，它是不會被應用類加載器加載到內存中的，因為父類中可以找到這個類，就直接給加載到內存中了。

聊聊驗證、準備、解析、初始化階段

聊完了加載，我們再來看看驗證、準備、解析、初始化這幾個階段jvm都做了什么。

1.驗證階段

這一步其實很容易理解，就是jvm根據java規范，來校驗你加載進來的class文件中的內容是否符合規范，如果不符合規范jvm是無法正常運行的。

所以在加載后，首先就是驗證階段。

2.準備階段

假設我們有一個類A，剛剛加載并通過了驗證，那么就會進行準備工作。

這個準備工作其實就是給類A分配一定的內存空間，然后給里面的靜態變量(static修飾的變量)也分配內存空間，并賦初始值。

3.解析階段

這個階段干的事實際上是把符號引用替換為直接引用，這一過程網上有很多資料，還是比較復雜的，如果感興趣小伙伴們可以自己查閱一下資料。

實際工作中也很少會接觸這部分的內容，所以我們知道有這么個階段就可以了。

4.初始化階段

在準備階段，我們把類A的內存已經分配完了，那么初始化階段要做些什么事呢？我們先看一下類A的代碼

public class A {
    private static String i=System.getProperty("i");
}

準備階段我們只是給變量i分配了內存空間，并賦值了初始值，但是后邊的System.getProperty("i")是不會執行的。

沒錯，這部分代碼就是在初始化階段執行的，另外靜態代碼塊也會在這一階段執行。

舉個例子，比如我們新建一個對象new A()，此時就會觸發從加載到初始化的全過程，把這個類準備好并創建一個實例對象。

此外這里有一個規則，如果類A繼承了類B，那么在初始化類A的時候，如果發現類B還沒有初始化，會先初始化類B。

擴展

到這里關于JVM的類加載機制其實就已經說完了，王子再給大家擴展一個小知識點。

小伙伴們想過沒有，Tomcat也是用java開發的，那么它的類加載機制是什么樣的呢，為什么就能支持jsp呢？

其實它就是利用了自定義類加載器這一機制，自己自定義了很多類加載器，整體的結構如下：

Tomcat自定義了這么多的類加載器，用來加載它自己的核心類庫，并且Tomcat是打破了雙親委派機制的，感興趣的小伙伴可以自己去查資料了解一下，王子就不在本篇文章長篇大論來聊Tomcat了。

總結

今天我們聊的內容還是jvm中比較基礎的部分，以后的文章我們再慢慢深入，去探索jvm的底層原理，如果對JVM感興趣的小伙伴可以關注王子的后續文章哦，我們可以一步一個腳印的逐步分解JVM，去了解JVM的垃圾回收機制、性能調優等等實用性問題，讓你面對JVM的面試或者生產實踐也可以游刃有余。