深入理解JVM系列(三)类加载机制

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JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲,就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委托给父类加载器,依次递归,如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回;只有父类加载器无法完成此加载任务时,才自己去加载。关于虚拟机默认的双亲委派机制,我们可以从系统类加载器和标准扩展类加载器为例作简单分析。

java自带类加载器

类加载器负责加载所有的类,其为所有被载入内存中的类生成一个java.lang.Class实例对象。一旦一个类被加载如JVM中,同一个类就不会被再次载入了。正如一个对象有一个唯一的标识一样,一个载入JVM的类也有一个唯一的标识。在Java中,一个类用其全限定类名(包括包名和类名)作为标识;但在JVM中,一个类用其全限定类名和其类加载器作为其唯一标识。

Bootstrap ClassLoader

1、JVM自带的引导类加载器,由C/C++的语言实现,在Java中打印null;

2、加载Java的核心类库,$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar、resource.jar或Java程序运行指定的Xbootclasspath选项jar包;

3、指定加载java,javax,sun等开头的包类名。

如果自定义了一个类,这个类的包名为java.lang,那么new一个这个自定义类的对象就会报错,因为java开头的包类名不能自定义类!

Extension ClassLoader

1、Java语言编写的类加载器sun.misc.Launcher$ExtClassLoader(静态内部类)

2、指定Bootstrap ClassLoader为Parent加载器-->getParent()可以获取Bootstrap ClassLoader

3、负责加载java平台中扩展功能的一些jar包,包括$JAVA_HOME中jre/lib/ext或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包(如果我们自定义的class需要交给Ext来加载可以放置到ext的目录下)

Application ClassLoader

1、Java语言编写的类加载器sun.misc.Launcher$APPClassLoader(静态内部类)

2、该加载器是Java程序默认的类加载器,Java应用的类都是该类加载器加载的

3、指定Extension ClassLoader为parent加载器-->getParent()可以获取Extension ClassLoader

4、负责加载环境变量classpath指定的目录,或者java.class.path指定的目录类库

自定义类加载器

自定义类加载器的工作流程:
1、首先检查请求的类型是否已经被这个类装载器装载到命名空间中了,如果已经装载,直接返回;否则转入步骤2
2、委派类加载请求给父类加载器(更准确的说应该是双亲类加载器,真个虚拟机中各种类加载器最终会呈现树状结构),如果父类加载器能够完成,则返回父类加载器加载的Class实例;否则转入步骤3
3、调用本类加载器的findClass(…)方法,试图获取对应的字节码,如果获取的到,则调用defineClass(…)导入类型到方法区;如果获取不到对应的字节码或者其他原因失败,返回异常给loadClass(…), loadClass(…)转抛异常,终止加载过程(注意:这里的异常种类不止一种)。

双亲委派机制

如果一个类加载器收到了类加载请求,它不会首先加载这个类,而是将请求委派给父类加载器去完成,所有的加载请求最终都委派给顶层的引导类加载器,只有当父类加载器无法完成加载请求(也就是搜索范围内无该类),子加载器才会尝试自己去加载这个类。双亲委派模型如下:


image.png

双亲委派的流程是在接收到类加载请求后,首先从加载器缓存中查找,如果找到就直接返回结果,如果没找到则交给父类加载器加载,依次向上执行,直到最底层的BootstrapClassLoader。
如果BootstrapClassLoader没在缓存中找到,那么就交给ExtClassLoader来加载,如果在加载器负责的范围内没找到无法加载,则交给子加载器加载,依次向下执行,直到自定义类加载器,如果自定义类加载器也无法执行,则抛出ClassNotFoundException。流程如下:


image.png

双亲委派机器的好处

采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系,通过这种层级关可以避免类的重复加载,当父亲已经加载了该类时,就没有必要子ClassLoader再加载一次。
其次是考虑到安全因素,java核心api中定义类型不会被随意替换,假设自定义了一个java.lang.String,并由自定义类加载器加载,并打包成java的类库,让别人引用。那么如果在系统中密码通常使用String,并且使用了我们提供的自定义String的类库,那么我们就可以在自定义的String中把密码发送给我们自己,所以双亲委派最重要的就是安全方面。

执行模式

jvm有3种执行模式分别是:混合执行,编译执行,解释执行。我们可以通过设置jvm的参数来指定执行模式:
-Xmixed 默认为混合模式。开始是解释执行,过程中JIT对热点代码进行检测和编译
-Xint 纯解释执行模式(int为intepreter缩写),启动速度快,执行稍慢
-Xcomp 纯编译模式(comp为compiler缩写),启动速度慢,执行很快
-XX:CompileThreshold=10000 检测热点代码,适用于混合模式

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