JVM类加载机制

概述

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机类加载机制。

HotSpot内存模型：

简图：

详细图：

类加载子系统

  • 类加载子系统只负责从文件或网络加载class，class文件头有特定文件标识
  • ClassLoader只负责class加载，至于能否运行，则由Execution Engine决定
  • 加载类的信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类信息外，方法区中还会存放常量池信息，可能还包括字符串字面量和数学常亮

类的加载过程

分为以下三步

1.加载阶段：
  • 通过一个类的全限定名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的运行时数据结构
  • 在内存中生成一个代表这个类java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口
2.链接阶段

1)验证Verify：

  • 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。 (CA FE BA BY 标识)
  • 主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

2)准备Prepare：

  •  为类变量分配内存并且设置该类变量的默认值，即零值
  • 这里不用包含final修饰的static，因为final在编译时就分配了，准备阶段会显示初始化
  • 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量会随对象一起分配到Java堆中

3)解析Resolve：

  • 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
  • 事实上解析操作往往伴随JVM执行完初始化后再执行
  • 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。直接引用就是直接向目标的指针、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
3.初始化阶段
  • 初始化阶段就是执行构造器方法<clinit>()的过程
  • 此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来
  • 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行
  • <clinit>()不同于类的构造器（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<clinit>()执行前，父类的已经执行完毕
  • 虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁（一个类只会被加载一次）

Example:

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类加载器的分类

  • JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器(Bootstrap ClassLoader) 和 自定义类加载器(User-Defined ClassLoader)
  • 将所有派生于抽象类加载器ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
  • 最常见的类加载器始终是如下三个：(这里四者是包含关系，不上上下级也不是继承)

测试代码：

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虚拟机自带的加载器

  • 启动类加载器(BootStrap ClassLoader)
  1. 这个类加载使用C/C++语言，嵌套在JVM内部
  2. 它用来加载Java的核心库(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resource.jar或sun.boot.class.path路径下的内容)，用于提供JVM自身的类
  3. 并不继承于java.lang.ClassLoader，没有父类加载器
  4. 加载扩展类和应用程序加载器，并指定为它们的父类加载器
  5. 出于安全考虑，BootStrap启动类加载器只加载包名为java，javax、sun等开头的类
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader)
  1. Java语言编写，由sun.misc.Launcher.ExtClassLoader实现
  2. 派生于ClassLoader类
  3. 父类加载器为启动类加载器
  4. 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK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，也会自动由扩展类加载器加载。
  • 应用程序类加载器(系统类加载器，AppClassLoader)
  1. Java语言编写，由sun.misc.Launcher.AppClassLoader实现
  2. 派生于ClassLoader类
  3. 父类加载器为扩展类加载器
  4. 他负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下类库
  5. 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用都是由它加载
  6. 通过ClassLoader.getSystemClassLoader()方法可获取

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用户自定义类加载器

Java日常开发使用上面三种类加载器配合执行，在必要时，还可以定义自定义类加载器，来定制类加载方式。

  • 为什么需要自定义类加载器
  1. 隔离加载类
  2. 修改类的加载方式
  3. 扩展加载源
  4. 放置源码泄露
  • 自定义加载类的实现步骤
  1. 通过继承抽象类java.lang.ClassLoader类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊需求
  2. JDK1.2后建议逻辑写在 findClass()方法中
  3. 编写自定义类加载器，可直接继承URLClassLoader类，可以避免自己编写findClass()方法及获取字节流的方式，简洁编写

ClassLoader

ClassLoader类，它是一个抽象类，其后所有类加载器都继承于它(不包括启动类加载器)

 

继承类关系图：

sun.misc.Launcher它是一个java虚拟机的入口应用。
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  • 获取ClassLoader的途径

　　1.获取当前类的ClassLoader

　　clazz.getClassLoader()

　　2.获取当前线程上下文的ClassLoader
　　Thread.currentThread().getContextClassLoader()

　　3.获取系统的ClassLoader
　　ClassLoader.getSystemClassLoader()

　　4.获取调用者的ClassLoader
　　DriverManager.getCallerClassLoader()

 

双亲委派机制(面试重点)

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载方式，也就是说当需要使用该类时才会将class文件加载到内存生成class对象。 加载class文件时，JVM采用的是双亲委派机制，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式。

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工作过程：

  • 如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己尝试加载，而是把请求委派给父类加载器去完成
  • 每一层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应传送到顶层的启动类加载器中
  • 只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子加载器才会尝试自己加载

优点：

  • 避免类的重复加载
  • Java类随着它的类加载器具备了一种带有优先级的层次关系
  • 保护程序安全，放置核心API被随意篡改

其他补充

补充1：两个类是否相等的必要条件

　　　　1. 类的完整类名必须一致，包括包名
　　　　2. 两个类是由同一个类加载器加载

补充2： JVM必须知道一个类是由启动类加载器还是用户类加载器加载。如果由用户类加载器加载，JVM会将类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区。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。

补充3：类的主动使用和被动使用

　　　主动使用：(立即对类进行初始化)
　　　　1.创建类的实例
　　　　2.访问某个类或接口的静态变量，或对该静态变量赋值
　　　　3.调用类的静态方法
　　　　4.反射
　　　　5.初始化一个类的子类
　　　　6.JVM启动时被标记为启动类的类
　　　　7.使用JDK1.7的动态语言支持
　　   除了以上以外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

 

posted @ 2020-05-28 22:27  OldCha  阅读(195)  评论(0)    收藏  举报