JVM之类加载过程

原创
10/14 18:28
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类加载过程

类加载过程分为以下三个过程 加载 -> 链接 -> 初始化,而链接又可以分为三个过程 验证 -> 准备 -> 解析
整个类加载过程入下图
在这里插入图片描述

类的整个生命周期在此基础上又加了两个过程 使用 -> 卸载
在这里插入图片描述

  • 加载
    查找并加载类的二进制数据。

  • 链接

    • 验证
      确保类的信息都是正确的,符合当前使用虚拟机的规范。
      • 文件格式验证:验证字节流是否符合Class文件的格式规范,且能被当前虚拟机处理
      • 源数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合Java语言规范。。
      • 字节码验证:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的符合逻辑的。
      • 符号引用验证:对类自身以外的信息进行匹配性校验。
    • 准备
      为类的静态变量分配空间(方法区)并初始化为默认值。
      需要注意一下几点
      • 对于基本类型来说,类变量和全局变量如果不显式的对其赋值而直接使用,系统则为其赋值为默认的零值;对于局部变量在使用之前必须显式的为其赋值,否则编译不通过。
      • 对于同时被finalstatic修饰的常量,必须在声明的时候就为其显式的赋值,否则编译不通过;而只被final修饰的常量既可以在声明是显式的赋值,也可以在类初始化时显示的复制,总之在使用之前必须显式的复制。
      • 对于引用类型,如果没有对其显示的赋值而直接使用,系统会为其赋值为默认的零值。
      • 对于数组在初始化时没有对数组中的各个元素复制,那么系统会根据数据对应的元素类型赋值默认的零值
    • 解析
      将符号引用转为直接引用(地址引用)的过程。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或者一个间接定位到目标的句柄。解析主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符这七类符号引用进行。
  • 初始化
    JVM对类初始化,为类的静态变量赋正确值初始值。对类变量进行初始值设置有两种方式:

    • 声明类变量时指定初始值;
    • 使用静态代码块为类变量指定初始值。

    类初始化时机
    只用当类主动使用的时候才会导致类的初始化。主动是要包含一下6种:

    • 创建类的示例,new;
    • 访问某个类或接口的静态变量,或者对静态变量赋值;
    • 调用类的静态方法;
    • 反射;
    • 初始化某个类的子类;
    • Java虚拟机启动是被表名为启动类的类,直接使用java.exe命令来运行某个类。

如果大家觉得对于类的整个生命周期不方便我们记忆,我们把它想象成购物买手机的过程就很好记忆了。

故事是这样的.................

张三存了好久的钱想买一个手机,于是他在网上买了一个IPhone13 Pro Max 1TB 远峰蓝手机,下单就是(<font color=#cb4238>加载</font>); 怀着激动心情等了几天终于收到新手机(<font color=#cb4238>链接</font>); 收到手机后我们肯定不能直接使用,还有一些使用前的流程,看看手机屏幕有没有刮痕,电池有没有鼓包等等(<font color=#cb4238>验证</font>); 如果没有问题,我们贴膜,把手机卡从旧手机中拿出来,放到新手机中等等(<font color=#cb4238>准备</font>); 然后开机,开机过程中会解析我们的手机卡是移动、联调亦或者电信(<font color=#cb4238>解析</font>); 正常开启后我们就需要对手机进行数据同步呀等等(<font color=#cb4238>初始化</font>);等都操作完我们就可以开心的用新手机了(<font color=#cb4238>使用</font>); 过了些许时间,张三又买了其他的手机,于是就把这个手机给卖了(<font color=#cb4238>卸载</font>); 至此该手机的使命就完成。 于是整个流程就是

  • 下单(加载
  • 收货(链接
    • 验货(验证
    • 使用前准备( 准备
    • 插卡开机(解析
  • 使用(使用
  • 换手机(卸载

类加载器

从虚拟机的角度来讲,类加载器可分为两类:

  • 启动类加载器:使用C++实现(也有java实现的),是虚拟机自身的一部分。
  • 其他类加载器:由java实现,独立于虚拟机之外,全部继承于java.lang.ClassLoader,这些类加载器需要由启动类加载器加载到内存后才能去加载其他类。

从开发人员的角度来看,类加载器可大致分为三类:

  • 启动类加载器:BootstrapClassLoader,最顶层的类加载器,负责加载JAVA_HOME/lib目录下的jar和类或者被 -Xbootclasspath 参数指定的路径中的所有类。
  • 扩展类加载器:ExtensionClassLoader,负责加载JAVA_HOME/lib/ext目录下的jar包和类,或者被 java.ext.dirs系统变量所指定的路径下的jar包。
  • 应用程序加载器:ApplicationClassLoader,面向开发人员的加载器,负责加载当前应用classpath下的所有jar包和类。

双亲委派

在类被加载的时候,系统会首先判断当前类是否被加载过,如果加载过直接返回,否则才会尝试加载。加载的时候,首页会把改请求委派给父类加载器来加载当前类,因此所有的类加载最终都会传到顶层的启动类加载器 BootstrapClassLoader中。当父加载器无法加载当前类是,才由自己来处理。当父类加载器为null时,会使用启动类加载器来加载。

所以类加载流程如下

我们可以简单验证下子父关系

public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("当前类的类加载器 ===> " + ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
        System.out.println("当前类的类加载器的父类 ===> " + ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
        System.out.println("当前类的类加载器的父类的父类 ===> " + ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

输出如下

当前类的类加载器 ===> sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
当前类的类加载器的父类 ===> sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@76fb509a
当前类的类加载器的父类的父类 ===> null

当父类为空时类加载器为启动类加载器

类加载源码

源码在 java.lang.ClassLoader.loaderClass() 中,代码很简单

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先,查询当前类是否被加载过
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            // 没被加载过
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    // 如果父加载器不为空就调用父类加载
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        // 父类为空就调用顶层启动类加载器加载
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                // 如果父类都不能加载
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    // 尝试自己加载
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

双亲委派的好处

避免类被重复加载;保证Java核心API类不被篡改;如果没有双亲委派机制,每个类都用自己的类加载器,如果我们也编写一个和java核心类一样的类,系统中就会出现多个同名的类,例如我们编写一个java.lang.String,那么系统总就会有两个String类

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