11.2　类加载的各个阶段

类加载是把新类型添加到运行中的 JVM 进程里的过程。这是新代码进入 Java 系统的唯一方式，也是 Java 平台中把数据变成代码的唯一方式。类加载分为几个阶段，下面一一介绍。

11.2.1　加载

类加载过程首先会加载一个字节数组。这个数组往往从文件系统中读取，不过也可以从 URL 或其他位置（一般使用 Path 对象表示）读取。

Classloader::defineClass() 方法的作用是把类文件（表示为字节数据）转换成类对象。这是受保护的方法，因此不通过子类无法访问。

defineClass() 的第一个任务是加载。加载的过程中会生成类对象的骨架，对应于尝试加载的类。这个阶段会对类做些基本检查（例如，会检查常量池中的常量，确保前后一致）。

不过，加载阶段不会生成完整的类对象，而且类也还不能使用。加载结束后，必须链接类。这一步细分为几个子阶段：

  • 验证

  • 准备和解析

  • 初始化

11.2.2　验证

验证阶段确认类文件与预期相符，而且没有违背 JVM 的安全模型（详情参见 11.3 节）。

JVM 字节码经过精心设计，（几乎）可以静态检查。这么做会减慢类加载过程，不过能加快运行时（因为此时可以不做检查）。

验证阶段的目的是避免 JVM 执行可能导致自身崩溃的字节码，或者把 JVM 带入未测试的未知状态，出现恶意代码能攻击的漏洞。验证字节码能防御恶意编写的 Java 字节码，还能防止不信任的 Java 编译器输出无效的字节码。

11.2　类加载的各个阶段 - 图1　默认方法机制在类加载过程中能正常运作。加载接口的实现时，会检查是否实现了默认方法，如果实现了，类加载过程正常向下运行；如果未实现，则为实现接口的类打补丁，添加缺失方法的默认实现。

11.2.3　准备和解析

验证通过后，类就做好了使用的准备。内存分配好了，类中的静态变量也准备初始化了。

在这个阶段，变量还未初始化，而且也没执行新类的字节码。开始运行代码之前，JVM 要确保运行时知道这个类文件引用的每个类型。如果不知道，可能还要加载这些类型——再开始其他类加载过程，让 JVM 加载新类型。

这个加载和发现的过程可能会不断进行下去，直到知道所有类型为止。这对最初加载的类型来说，叫作“传递闭包”。1

1和第 6 章一样，我们从数学的图论分支中借用了“传递闭包”这种说法。

下面看个简单的示例，我们来分析一下 java.lang.Object 类的依赖。图 11-1 显示的是简化的 Object 类依赖图，只显示了 Object 公开 API 可见的直接依赖，以及各个依赖的 API 可见的直接依赖。而且，反射子系统中 Class 类的依赖，以及 I/O 子系统中 PrintStream 和 PrintWriter 类的依赖也做了大量简化。

从图 11-1 可以看出 Object 类的部分传递闭包。

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图 11-1：类型的传递闭包

11.2.4　初始化

解析阶段结束后，JVM 终于可以初始化类了。这个阶段会初始化静态变量，还会运行静态初始化代码块。

这是 JVM 首次执行新加载的类的字节码。静态初始化代码块运行完毕后，类就完全加载好，可以使用了。