JVM 类加载系统

  • Class Loader Subsystem

类加载器子系统的作用

  • 从文件系统或者网络中加载class文件；
  • class文件在开头有特定的标识；
  • ClassLoader只负责class文件加载，是否可以运行由ExecutionEngine决定；
  • 加载的类信息被存放在方法区的内存空间，方法区还存在运行时常量池信息；

类的加载过程

  • 加载-链接（验证、准备、解析）-初始化

加载

  • 通过一个类的全限定名获取此类的二进制字节流；
    • 从本地系统加载；
    • 通过网络获取；
    • 从压缩包中读取；
    • 动态代理；
    • 从加密文件中获取；
  • 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；
  • 内存中生成一个代表此类的Class对象，作为方法区这个类的各种数据访问入口；

链接

  • 验证-准备-解析

验证

  • 验证class文件字节流中包含的信息符合虚拟机要求；
  • 四种验证：
    • 文件格式
    • 元数据
    • 字节码
    • 符号引用

准备

  • 为类变量分配内存并且设置类变量的初始值；
  • 不包含final修饰的static变量值，在编译时候会分配值；
  • 不会为实例变量分配初始化；

解析

  • 将常量池中的符号引用转为直接引用；

初始化

  • 执行类构造器方法<clinit>；
  • <clinit>是javac编译器自动收集类中的所有类变量赋值动作、静态代码块中的语句合并而来；
  • 构造器方法中的指令按照语句在源文件中出现的顺序执行；
  • <clinit>不同于类的构造器；
  • 若该类有父类，会保证父类的<clinit>先执行；
  • 虚拟机保证同一个类的<clinit>方法在多线程下被同步加锁；

类加载器分类

  • JVM支持两类：引导类加载器、自定义加载器；
  • Java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；

虚拟机自带的加载器

  • BootstrapClassLoader：启动类加载器，java核心类库使用引导类加载器；jre/lib/rt.jar、resource.jar;
    • 不继承自ClassLoader；
    • 负责加载扩展类加载器和应用程序类加载器；
    • 只加载包名为java、javax、sun等头的类；
  • ExtensionClassLoader：扩展类加载器
    • Java编写，继承与ClassLoader
    • jre/lib/ext/*
    • 如果用户创建的jar放在上面的目录，也会自动由扩展类加载器加载；
  • AppClassLoader：应用程序类加载器
    • 父类加载器为扩展类加载器；
    • 负责加载环境变量classpath下的类库；
    • 程序中默认类加载器；
//获取系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//获取上层：扩展类加载器
ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(parent);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@61bbe9ba
//获取上层：无法获取引导类加载器
ClassLoader parent1 = parent.getParent();
System.out.println(parent1);//null
  • 获取bootstrap能够加载的类的路径
URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL url :urLs){
    System.out.println(url);
}
/*
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/classes
 */
  • 扩展类加载器加载的路径
String property = System.getProperty("java.ext.dirs");
for (String path:property.split(":")){
    System.out.println(path);
}
/*
/Users/***/Library/Java/Extensions
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_211.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext
/Library/Java/Extensions
/Network/Library/Java/Extensions
/System/Library/Java/Extensions
/usr/lib/java
 */
  • 获取类加载器的方式
//获取classloader的方式
//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
ClassLoader classLoader = StackStruTest2.class.getClassLoader();

ClassLoader classLoader1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

双亲委派机制

  • JVM对于class文件采用按需加载机制；
  • 加载时采用双亲委派模式；

工作原理

  • 如果一个类加载器收到加载类的请求，不会自己加载，而是把请求委托给父类加载；
  • 如果父类加载器还存在父类加载器，则进一步向上委托，直到到达最顶层启动类加载器；
  • 如果父类可以完成加载，成功返回，如果父类无法完成任务，则子类去加载；
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优势

  • 可以避免类重复加载；
  • 可以避免核心API被篡改；（沙箱安全机制）

其他

  • 在JVM中保证两个class对象是否为同一个类的两个必要条件：
    • 类的完整类名需要一致；
    • 加载这个类的ClassLoader的实例对象必须相同；
    • 在jvm中，就算来源于同一个class文件，但是被不同的ClassLoader实例加载，那么这两个类对象也不是相等的；
  • 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的一部分保存在方法区中；
  • Java中主动使用类：
    • 创建类的实例；
    • 访问某个类或者借口的静态变量；
    • 调用类的静态方法；
    • 反射；
    • 初始化一个类的子类；
    • Java虚拟机启动时被表明为启动类的类；
    • java.lang.invoke.MethodHandler实例的解析结果
  • 除以上7种外都是被动使用，主动与被动的区别在于类会不会被初始化；
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