【JVM】类加载子系统——自问自答

news/2025/3/15 15:22:49/

1、类加载的过程：

java的类加载过程，是把字节码文件(.class file) 转换到JVM中运行时数据区内的过程。

类加载的过程由 类加载器子系统完成(Class Loader).

字节码文件可以像我们日常开发时在特定文件夹路径下的jar包里，也可以从网络中获取，也可以来自数据库，等等。

  • 类加载器子系统负责从文件系统或网络中加载class文件，class文件在文件开头有特定的标识符(CAFE BABE)
  • ClassLoader 只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由ExecutionEngine决定。
  • 加载后的类信息 存放在方法区。
  • 综上所述 .class--->JVM--->元数据模板。类加载器就是这个过程的搬运工。

1.1  加载过程拆解

加载 ---链接(验证、准备、解析)-----初始化

1、Loading   （其实就是ClassLoader里loadClass的执行细节）

1、通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流  (findClass)

2、将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构

3、在内存中生成一个代表这个类的java.lang.class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口（loadclass）

2、Linking

        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。
    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初始值，即零值。

这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化;


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，而实例变量是会随着对象一起分
配到Java堆中。

静态变量的第一次赋值。

3）解析(Resolve) :


将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
 

3、initialization

初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>() 的过程

此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的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。

若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>() 执行前，父类的<clinit>()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。

构造器是虚拟机视角下的<init>())

2、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 (BootstrapclassLoader) 和自定义类加载器(User-Defined ClassLoader)

从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类classLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个，如下所示:

特别强调，这四者并不是继承关系，而是包含关系。ClassLoader里有个final ClassLoader属性 parent。在进行双亲委派的时候，会用到。

1、关于ClassLoader

sun.misc.Launcher它是一个java虚拟机的入口应用。

AppClassLoader 和ExClassLoder 都是它的内部类

2、各类加载器

虚拟机自带的加载器
  • 启动类加载器引导类加载器，Bootstrap classLoader
  •    这个类加载使用c/c++语言实现的，嵌套在JVM内部。
  •    它用来加载Java的核心库 (JAVA_HOME/re/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下     的内容)，用于提供JVM自身需要的类
  •   并不继承自java.lang.classLoader，没有父加载器
  •   加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器
  •  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)
  • Java语言编与，由sun.misc.LauncherSExtclassLoader实现
  • 派生于classLoader类
  • 父类加载器为启动类加载器
  • 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的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)
  • java语言编写，由sun.misc.LauncherSAppclassLoader实现
  • 派生于classLoader类
  • 父类加载器为扩展类加载器
  • 它负责加载环境变量classpath或系统属性 java.class.path 指定路径下的类库
  • 该类加载是程序即默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载
  • 通过classLoader#qetSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器

3、双亲委派

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理它是一种任务委派模式。

工作原理
1)如果一个来加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行;
2)如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归,请求最终将到达顶层的启动类加载器;

3)如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自已去加载，这就是双亲委派模式。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException{synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loadedClass<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try {if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// ClassNotFoundException thrown if class not found// from the non-null parent class loader}if (c == null) {// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.long t1 = System.nanoTime();c = findClass(name);// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}}

关于SPI的打破双亲委派的

双亲委派的优势：


避免类的重复加载

保护程序安全，防止核心API被随意篡改

4、沙箱安全机制

5、补充：

两个类是否相同的判定依据

  • 在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件:
  • 类的完整类名必须一致，包括包名。
  •  加载这个类的classLoader(指classLoader实例对象)必须相同。

JVM必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个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中，当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个来型的类加载器是相同的。

6、类的主动使用和被动使用

主动使用，又分为七种情况:

  • 创建类的实例
  • 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
  • 调用类的静态方法
  • 反射(比如: Class.forName(“com.alex.Test"))初始化一个类的子类
  • Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
  • JDK 7 开始提供的动态语言支持:
  • java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF getStatic、REF putStatic、REF invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化


除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用都不会导致类的初始化 （前面说了，类的初始化 是要执行<clint>）


http://www.ppmy.cn/news/1124901.html

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