Class 文件

     Java中的Class文件是编译后的Java源代码文件，它包含了Java程序的字节码指令，也就是实际的执行代码。Class文件是Java程序的中间文件，可以被Java虚拟机（JVM）加载和执行。在编译Java源代码时，Java编译器将源代码转换为字节码指令，然后将其保存为一个或多个以.class为后缀的Class文件。这些Class文件包含了类、接口、方法、字段等信息，可以被JVM动态加载和执行。

位置

    Java中的Class文件位置可以在文件系统上的任意位置，但是通常有一些约定俗成的规则和最佳实践：

1. 在编译Java源文件时，默认情况下，Class文件会生成在与源文件相同的目录下。

2. 如果使用了Java包（package），则编译后的Class文件会生成在与包名相对应的目录结构下。

3. 在Java项目中，通常会将源文件和Class文件分开存放。源文件通常放在src/main/java或src目录下，而Class文件通常放在target/classes目录下（这是Maven项目中的约定）或bin目录下（这是Eclipse项目中的约定）。这是为了方便项目管理和构建。

4. 对于Java库文件（JAR文件），通常会将Class文件打包到JAR文件中，并放在lib目录下。

JVM 加载 Class 文件的原理机制

       JVM（Java虚拟机）是用来执行Java程序的运行环境。当JVM执行Java程序时，它需要加载Java类文件并将其转换为可执行代码。

1. 类装载器（Class Loader）： JVM使用类装载器来加载Class文件。类装载器负责查找和加载Class文件到内存中，并生成对应的Class对象。JVM中有三个重要的内置类装载器：

   • Bootstrap Class Loader：也称为引导类装载器，它是JVM的一部分，负责加载核心Java类，如java.lang.*等。
   • Extension Class Loader：也称为扩展类装载器，它负责加载Java扩展库（JAR文件）。
   • Application Class Loader：也称为系统类装载器，它负责加载应用程序的Class文件。

2. 类路径（Classpath）： 类路径是指JVM用来搜索Class文件的路径。它可以是目录、JAR文件或ZIP文件的集合。JVM使用类路径来确定从哪里加载Class文件。类路径可以通过设置系统环境变量（CLASSPATH），或在命令行参数中指定。

3. 类加载过程： 类加载器按照以下顺序加载Class文件：

   • 类加载器首先检查Class文件是否已经被加载过，如果是，则直接返回对应的Class对象。
   • 如果Class文件没有被加载过，类加载器会从指定的类路径中查找该Class文件。
   • 类加载器读取Class文件的二进制数据，并根据文件中的内容创建一个Class对象。
   • 在创建Class对象之前，类加载器会检查Class文件的正确性，包括校验文件的魔数、版本号等。
   • 类加载器将加载好的Class对象存放在内存中的方法区（Method Area）中，并返回对应的Class对象的引用。

4. 类初始化： 一旦Class对象被加载到内存中，JVM会对该Class对象进行初始化。在初始化阶段，JVM会执行以下操作：

   • 执行静态变量的初始化，包括赋值和静态代码块的执行。
   • 执行静态方法。

5. 类加载器的层次结构： 类加载器采用了层次结构的组织方式，称为双亲委派模型。根据这个模型，类加载器首先将类的加载请求委派给父类加载器进行处理，如果父类加载器无法加载该类，再由子类加载器尝试加载。这样可以确保类的加载是一层一层向上的，避免重复加载和冲突。

     JVM加载Class文件的过程可以简述为类装载器根据类路径查找并加载Class文件，然后将其转换为Class对象，并进行初始化操作。类加载器采用了双亲委派模型，确保类的加载顺序和一致性。

总结

      JVM（Java虚拟机）加载Class文件的过程分为三个步骤：加载、连接和初始化。下面是对这三个步骤的详细总结：

1. 加载： 加载是指将Class文件中的二进制数据读取到内存中，并将其转换为方法区中的运行时数据结构。加载阶段主要完成以下几个任务：

   • 通过类的全限定名查找并定位到类的二进制数据文件。
   • 将类的二进制数据文件读入到内存中。
   • 将类的二进制数据转化为方法区中的运行时数据结构，包括类的常量池、字段和方法信息、类的访问标志等。

2. 连接： 连接是将已经加载到内存中的类的二进制数据进行验证、准备和解析的过程。连接阶段主要完成以下几个任务：

   • 验证：对加载过程中的字节码进行合法性校验，包括检查字节码的结构、语义和指令的合法性等。
   • 准备：为类的静态字段分配内存并设置默认初始值。
   • 解析：将符号引用转换为直接引用，解析过程中主要涉及到类、接口、字段和方法的解析。

3. 初始化： 初始化是类加载过程的最后一步，主要是执行类的初始化方法(<clinit>方法)。初始化阶段主要完成以下几个任务：

   • 设置类的初始化状态为"初始化中"。
   • 执行类的<clinit>方法，该方法由编译器自动生成，包含了类的静态字段的赋值和静态代码块的执行等。
   • 设置类的初始化状态为"已初始化"。

      在JVM内部，有一个内存区域叫做方法区（Metaspace）用于存储类的运行时数据结构，包括类的常量池、字段和方法信息、类的访问标志等。当JVM加载Class文件时，会将其转换为方法区中的运行时数据结构。在连接阶段，对已经加载的类进行验证、准备和解析操作。最后，在初始化阶段执行类的初始化方法，完成类的初始化过程。

      JVM通过这一系列的步骤，将Class文件转化为可执行的代码，并将其加载到内存中供程序运行使用。这样，Java程序就可以通过JVM运行在不同的操作系统和硬件平台上，实现了"一次编写，到处运行"的特性。