深入Java虚拟机JVM类加载初始化学习笔记

 2019-12-22 10:45  阅读(867)
文章分类:JVM
  1. Classloader的作用,概括来说就是将编译后的class装载、加载到机器内存中,为了以后的程序的执行提供前提条件。
  2. 一段程序引发的思考:

风中叶老师在他的视频中给了我们一段程序,号称是世界上所有的Java程序员都会犯的错误。

诡异代码如下:

package test01;  

    class Singleton {  

        public static Singleton singleton = new Singleton();  
        public static int a;  
        public static int b = 0;  

        private Singleton() {  
            super();  
            a++;  
            b++;  
        }  

        public static Singleton GetInstence() {  
            return singleton;  
        }  

    }  

    public class MyTest {  

        /** 
         * @param args 
         */  
        public static void main(String[] args) {  
            Singleton mysingleton = Singleton.GetInstence();  
            System.out.println(mysingleton.a);  
            System.out.println(mysingleton.b);  
        }  

    }

一般不假思索的结论就是,a=1,b=1。给出的原因是:a、b都是静态变量,在构造函数调用的时候已经对a和b都加1了。答案就都是1。但是运行完后答案却是a=1,b=0。

下面我们将代码稍微变一下,将

public static Singleton singleton = new Singleton();  
    public static int a;  
    public static int b = 0;

的代码部分替换成

public static int a;  
    public static int b = 0;  
    public static Singleton singleton = new Singleton();

效果就是刚才预期的a=1,b=1。

为什么呢,这3句无非就是静态变量的声明、初始化,值的变化和声明的顺序还有关系吗?Java不是面向对象的吗?怎么和结构化的语言似地,顺序还有关系。这个就是和Java虚拟机JVM加载类的原理有着直接的关系。

  1. 类在JVM中的工作原理

要想使用一个Java类为自己工作,必须经过以下几个过程

1):类加载load:从字节码二进制文件——.class文件将类加载到内存,从而达到类的从硬盘上到内存上的一个迁移,所有的程序必须加载到内存才能工作。将内存中的class放到运行时数据区的方法区内,之后在堆区建立一个java.lang.Class对象,用来封装方法区的数据结构。这个时候就体现出了万事万物皆对象了,干什么事情都得有个对象。就是到了最底层究竟是鸡生蛋,还是蛋生鸡呢?类加载的最终产物就是堆中的一个java.lang.Class对象。

2):连接:连接又分为以下小步骤

验证:出于安全性的考虑,验证内存中的字节码是否符合JVM的规范,类的结构规范、语义检查、字节码操作是否合法、这个是为了防止用户自己建立一个非法的XX.class文件就进行工作了,或者是JVM版本冲突的问题,比如在JDK6下面编译通过的class(其中包含注解特性的类),是不能在JDK1.4的JVM下运行的。

准备:将类的静态变量进行分配内存空间、初始化默认值。(对象还没生成呢,所以这个时候没有实例变量什么事情)

解析:把类的符号引用转为直接引用(保留)

3):类的初始化: 将类的静态变量赋予正确的初始值,这个初始值是开发者自己定义时赋予的初始值,而不是默认值。

  1. 类的主动使用与被动使用

以下是视为主动使用一个类,其他情况均视为被动使用!

1):初学者最为常用的new一个类的实例对象(声明不叫主动使用)

2):对类的静态变量进行读取、赋值操作的。

3):直接调用类的静态方法。

4):反射调用一个类的方法。

5):初始化一个类的子类的时候,父类也相当于被程序主动调用了(如果调用子类的静态变量是从父类继承过来并没有复写的,那么也就相当于只用到了父类的东东,和子类无关,所以这个时候子类不需要进行类初始化)。

6):直接运行一个main函数入口的类。

**所有的JVM实现(不同的厂商有不同的实现,有人就说IBM的实现比Sun的要好……)在首次主动调用类和接口的时候才会初始化他们。
2019120001271\_1.png

2019120001271\_2.png**

1. 类的加载方式

1):本地编译好的class中直接加载

2):网络加载:java.net.URLClassLoader可以加载url指定的类

3):从jar、zip等等压缩文件加载类,自动解析jar文件找到class文件去加载util类

4):从java源代码文件动态编译成为class文件

  1. 类加载器

JVM自带的默认加载器

1):根类加载器:bootstrap,由C++编写,所有Java程序无法获得。

2):扩展类加载器:由Java编写。

3):系统类、应用类加载器:由Java编写。

用户自定义的类加载器:java.lang.ClassLoader的子类,用户可以定制类的加载方式。每一个类都包含了加载他的ClassLoader的一个引用——getClass().getClassLoader()。如果返回的是null,证明加载他的ClassLoader是根加载器bootstrap。

如下代码
2019120001271\_3.png
这里面的指针就是C++的指针

  1. 回顾那个诡异的代码

从入口开始看

Singletonmysingleton=Singleton.GetInstence();
Singletonmysingleton=Singleton.GetInstence();

是根据内部类的静态方法要一个Singleton实例。

这个时候就属于主动调用Singleton类了。

之后内存开始加载Singleton类

1):对Singleton的所有的静态变量分配空间,赋默认的值,所以在这个时候,singleton=null、a=0、b=0。注意b的0是默认值,并不是咱们手工为其赋予的的那个0值。

2):之后对静态变量赋值,这个时候的赋值就是我们在程序里手工初始化的那个值了。此时singleton = new Singleton();调用了构造方法。构造方法里面a=1、b=1。之后接着顺序往下执行。

3):

    public static int a;    public static int b =0;
    public static int a;    public static int b =0;

a没有赋值,保持原状a=1。b被赋值了,b原先的1值被覆盖了,b=0。所以结果就是这么来的。类中的静态块static块也是顺序地从上到下执行的。

  1. 编译时常量、非编译时常量的静态变量

如下代码

package test01;  

    class FinalStatic {  

        public static final int A = 4 + 4;  

        static {  
            System.out.println("如果执行了,证明类初始化了……");  
        }  

    }  

    public class MyTest03 {  

        /** 
         * @param args 
         */  
        public static void main(String[] args) {  
            System.out.println(FinalStatic.A);  
        }  

    }

结果是只打印出了8,证明类并没有初始化。反编译源码发现class里面的内容是

publicstaticfinalintA=8;
publicstaticfinalintA=8;

也就是说编译器很智能的、在编译的时候自己就能算出4+4是8,是一个固定的数字。没有什么未知的因素在里面。

将代码稍微改一下

publicstaticfinalintA=4+newRandom().nextInt(10);
publicstaticfinalintA=4+newRandom().nextInt(10);

这个时候静态块就执行了,证明类初始化了。在静态final变量在编译时不定的情况下。如果客户程序这个时候访问了该类的静态变量,那就会对类进行初始化,所以尽量静态final变量尽量没什么可变因素在里面1,否则性能会有所下降。

  1. ClassLoader的剖析

ClassLoader的loadClass方法加载一个类不属于主动调用,不会导致类的初始化。如下代码块

ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();  
    Class<?> clazz = classLoader.loadClass("test01.ClassDemo");

并不会让类加载器初始化test01.ClassDemo,因为这不属于主动调用此类。

ClassLoader的关系:

根加载器——》扩展类加载器——》应用类加载器——》用户自定义类加载器

加载类的过程是首先从根加载器开始加载、根加载器加载不了的,由扩展类加载器加载,再加载不了的有应用加载器加载,应用加载器如果还加载不了就由自定义的加载器(一定继承自java.lang. ClassLoader)加载、如果自定义的加载器还加载不了。而且下面已经没有再特殊的类加载器了,就会抛出ClassNotFoundException,表面上异常是类找不到,实际上是class加载失败,更不能创建该类的Class对象。

若一个类能在某一层类加载器成功加载,那么这一层的加载器称为定义类加载器。那么在这层类生成的Class引用返回下一层加载器叫做初始类加载器。因为加载成功后返回一个Class引用给它的服务对象——也就是调用它的类加载器。考虑到安全,父委托加载机制。
2019120001271\_4.png
ClassLoader加载类的原代码如下

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  
        throws ClassNotFoundException  
        {  
        // First, check if the class has already been loaded  
        Class c = findLoadedClass(name);  
        if (c == null) {  
            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.  
                c = findClass(name);  
            }  
        }  
        if (resolve) {  
            resolveClass(c);  
        }  
        return c;  
        }

初始化系统ClassLoader代码如下

private static synchronized void initSystemClassLoader() {  
        if (!sclSet) {  
            if (scl != null)  
            throw new IllegalStateException("recursive invocation");  
                sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher();  
            if (l != null) {  
            Throwable oops = null;  
            scl = l.getClassLoader();  
                try {  
                PrivilegedExceptionAction a;  
                a = new SystemClassLoaderAction(scl);  
                        scl = (ClassLoader) AccessController.doPrivileged(a);  
                } catch (PrivilegedActionException pae) {  
                oops = pae.getCause();  
                    if (oops instanceof InvocationTargetException) {  
                    oops = oops.getCause();  
                }  
                }  
            if (oops != null) {  
                if (oops instanceof Error) {  
                throw (Error) oops;  
                } else {  
                    // wrap the exception  
                    throw new Error(oops);  
                }  
            }  
            }  
            sclSet = true;  
        }  
     }

它里面调用了很多native的方法,也就是通过JNI调用底层C++的代码。

当一个类被加载、连接、初始化后,它的生命周期就开始了,当代表该类的Class对象不再被引用、即已经不可触及的时候,Class对象的生命周期结束。那么该类的方法区内的数据也会被卸载,从而结束该类的生命周期。一个类的生命周期取决于它Class对象的生命周期。由Java虚拟机自带的默认加载器(根加载器、扩展加载器、系统加载器)所加载的类在JVM生命周期中始终不被卸载。所以这些类的Class对象(我称其为实例的模板对象)始终能被触及!而由用户自定义的类加载器所加载的类会被卸载掉!

原帖地址:http://suhuanzheng7784877.iteye.com/blog/964784

作者:suhuanzheng7784877

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