深入理解Java虚拟机笔记——虚拟机类加载机制

 2019-12-22 10:48  阅读(708)
文章分类:JVM

虚拟机类加载机制

类加载机制: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。

在Java中,类型的加载和连接过程都是在程序运行期间完成的。

类加载时机(类从加载到虚拟机内存,到卸载出内存为止)经历7个阶段

1,加载(既可以使用系统提供的类加载器完成,也可以由用户自定义的类加载器完成):

  1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
  2. 将这个字节流所代表 的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构。
  3. 在Java堆中生成代表这个类的class对象,作为方法去这些数据的访问入 口。

类加载器:

虚拟机设计团队把类加载阶段的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块被 称为“类加载器”。

对于任何一个类 ,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立在Java虚拟机中的唯一性。(比较两个类是否相等,只有在这两个类是由一个类加载器加载的前提下才有意义,否则,即使这两个类是来源于同一个class文件,只要加载它们的类加载器不同,那么这两个类就必定不相等)

双亲委派模型

  1. 启动类加载器:负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的,或者是被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的,并且 是 虚拟机识别的类库 加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用。
  2. 扩展类加载器:该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责加载JDK\jre\lib\ext目录中,或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库(如javax.*开头的类),开发者可以直接使用扩展类加载器。
  3. 应用程序类加载器:该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现,它负责加载用户类路径(ClassPath)所指定的类,开发者可以直接使用该类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

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双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器 都应当有自己的父类加载器。这里的父子关系爱一般不会以继承的关系来实现,而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程:如果一个类加载器收到了类的加载请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器收拾如此,因此所有的加载请求最终都应该传送给顶层的启动类加载器中,只有放父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己加载。

双亲委派模型的优点:有一个很明显的好处,就是Java类随着它的类加载器(说白了,就是它所在的目录)一起具备了一种带有优先级的层次关系,这对于保证Java程序的稳定运作很重要。例如,类java.lang.Object类存放在JDK\jre\lib下的rt.jar之中,因此无论是哪个类加载器要加载此类,最终都会委派给启动类加载器进行加载,这边保证了Object类在程序中的各种类加载器中都是同一个类

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实现 双亲委派模型的代码集中在loadClass()方法中

自定义类加载器时应该将代码逻辑写入findClass()方法中,写到loadClass中会破坏双亲委派模型。

2,验证:

连接阶段的第一步。为了确保class文件的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会 危害 虚拟机自身的安全。

1,文件格式验证

2,元数据验证

3,字节码验证

4,符号引用验证

3,准备:

正式为类变量分配内存并设置类变量(被 static修饰的变量)初始值的阶段。

4,解析

虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法四类符号引用进行,分别对应于常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info四种常量类型。

1、类或接口的解析:判断所要转化成的直接引用是对数组类型,还是普通的对象类型的引用,从而进行不同的解析。

2、字段解析:对字段进行解析时,会先在本类中查找是否包含有简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,如果有,则查找结束;如果没有,则会按照继承关系从上往下递归搜索该类所实现的各个接口和它们的父接口,还没有,则按照继承关系从上往下递归搜索其父类,直至查找结束,查找流程如下图所示:

3、类方法解析:对类方法的解析与对字段解析的搜索步骤差不多,只是多了判断该方法所处的是类还是接口的步骤,而且对类方法的匹配搜索,是先搜索父类,再搜索接口。

4、接口方法解析:与类方法解析步骤类似,知识接口不会有父类,因此,只递归向上搜索父接口就行了。

5,初始化

是类加载过程中的最后一个阶段。初始化阶段才真正的执行类中定义的Java程序代码。初始化阶段是执行类构造器()方法的过程。

()方法执行规则

1、()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块中的语句合并产生的,编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的,静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量,定义在它之后的变量,在前面的静态语句中可以赋值,但是不能访问。

2、()方法与实例构造器()方法(类的构造函数)不同,它不需要显式地调用父类构造器,虚拟机会保证在子类的()方法执行之前,父类的()方法已经执行完毕。因此,在虚拟机中第一个被执行的()方法的类肯定是java.lang.Object。

3、()方法对于类或接口来说并不是必须的,如果一个类中没有静态语句块,也没有对类变量的赋值操作,那么编译器可以不为这个类生成()方法。

4、接口中不能使用静态语句块,但仍然有类变量(final static)初始化的赋值操作,因此接口与类一样会生成()方法。但是接口鱼类不同的是:执行接口的()方法不需要先执行父接口的()方法,只有当父接口中定义的变量被使用时,父接口才会被初始化。另外,接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的()方法。

5、虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确地加锁和同步,如果多个线程同时去初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的()方法,其他线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行()方法完毕。如果在一个类的()方法中有耗时很长的操作,那就可能造成多个线程阻塞,在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的。

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结果为2.

首先在准备阶段为类变量分配内存并设置类变量初始值,这样A和B均被赋值为默认值0,而后再在调用()方法时给他们赋予程序中指定的值。当我们调用Child.b时,触发Child的()方法,根据规则2,在此之前,要先执行完其父类Father的()方法,又根据规则1,在执行()方法时,需要按static语句或static变量赋值操作等在代码中出现的顺序来执行相关的static语句,因此当触发执行Father的()方法时,会先将a赋值为1,再执行static语句块中语句,将a赋值为2,而后再执行Child类的()方法,这样便会将b的赋值为2.

虚拟机规定类初始化时机

  1. 遇到new,getstatic,putstatic或invokestatic这四条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。生成这四条指令的最常见的Java代码场景:使用new关键字实例化对象时、读取或设置一个类的静态字段(被final 修饰、已在编译期间把结果放入常量池的静态字段除外)的时候,以及调用一个类的静态方法时。
  2. 对类进行反射调用时,如果类 没有初始化,则需要先触发初始化。
  3. 当初始化一个类的时候,如果发现其父类进行反射调用时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
  4. 当虚拟机启动时,用户需要制定一个要执行的主类(包含main()方法的那个类 ),虚拟机会先初始化这个主类。

不会触发初始化:

1,

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2,

2019120001328\_6.png

结果为空

3,

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6,使用

7,卸载

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