类加载器深入解析及重要特性剖析

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  • 加载:把二进制形式的java类型读入java虚拟机中
  • 验证
  • 准备:为类变量分配内存,设置默认值。但是在到达初始化之前,类变量都没有初始化为真正的初始值
  • 解析:解析过程就是在类的常量池中寻找类、接口、字段和方法的符号引用,把这些符号引用替换成直接引用的过程
  • 初始化:为类变量赋予正确的初始值
  • 类实例化:为新的对象分配内存、为实例变量赋默认值,为实例变量赋正确的初始值,Java编译器为它编译的每一个类都至少生成一个实例初始化方法,在Java的class文件中,这个实例初始化方法被称为“”,针对源代码中每一个类的构造方法,java编译器都产生一个方法

类的加载

  • 类的加载的最终产品是位于内存中的Class对象
  • Class对象封装了类在方法区内的数据结构,并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口

两种类型的类加载器

  • Java虚拟机自带的加载器

    • 根类加载器(Bootstrap)
    • 扩展类加载器(Extension)
    • 系统(应用)类加载器(System)
  • 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
  • 类加载器并需要等到某个类被首次使用时再加载它

  • JVM规范允许类加载器必须在预料某个类将要被使用时就预先加载它,如果在预先加载的过程中.class文件缺失或存在错误,类加载器必须在程序首次主动使用该类的时候才报告错误,如果这个类一致没有被程序主动使用,那么类加载器就不会报告错

类的验证

类被加载后,就进入了连接阶段。连接就是将已经读入到内存的类的二进制数据合并到虚拟机的运行环境中去
内容如下:

  • 类文件结构的检查
  • 语义检查
  • 字节码验证
  • 二进制兼容性验证

类的准备

在准备阶段,Java虚拟机为类的静态变量分配内存,并设置默认初始值。例如对于Sample类,在准备阶段,将为int类型的静态变量a分配4个字节的内存空间,并且赋予默认值0,为long类型的静态变量b分配8个字节的内存空间,并且赋予默认值0
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类的初始化

在初始化阶段,Java虚拟机执行类的初始化语句,为类的静态变量赋予初始值,在程序中,静态变量初始化有两种途径:1 在静态变量声明处进行初始化 2 在静态代码块中进行初始化,例如在以下代码中,静态变量a和b都被显示初始化,而静态变量c没有被显示初始化,它将保持默认值0
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静态变量的声明语句,以及静态代码块都被看作类的初始化语句。Java虚拟机会按照初始化语句在类文件中的先后顺序来依次执行它们,例如当一下Sample类被初始化后,它的静态变量a的取值为4
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类的初始化步骤

  • 假如这个类还没有被加载和连接,那么先进行加载和连接
  • 假如类存在直接父类,并且这个父类没有被初始化,那么就先初始化直接父类
  • 假如类中存在初始化语句,那就依次执行这些初始化语句

类的初始化时机
当Java虚拟机初始化一个类时,要求它的所有父类都被初始化,但是这条规则不适用接口

  • 在初始化一个类时,并不会先初始化它所实现的接口
  • 在初始化一个接口时,并不会先初始化它的父接口
    因此,一个父接口并不会因为它的子接口或者实现类的初始化而初始化。只有当程序首次使用特定接口的静态变量时,才会导致接口的初始化

只有当程序访问的静态变量或静态方法确实在当前类或接口定义时,才可以认为是对类或接口的主动使用

调用ClassLoader类的loadClass方法加载一个类,并不是对类的主动使用,不会导致类的初始化

类加载器

类加载器用来把类加载到Java虚拟机中,从JDK1.2版本开始,类的加载过程采用父亲委托机制,这种机制能更好地保证Java平台的安全,在此委托机制中,除了Java虚拟机自带的根类加载器以外,其余的类加载器都有且只有一个父加载器。当Java程序请求加载器loader1加载Sample类时,loader1首先委托自己的父加载器去加载Sample类,若父加载器能加载,则由父加载器完成加载任务,否则才有加载器loader1本身加载Sample类
Java虚拟机自带了以下几种加载器

  • 根类加载器:该加载器没有父类加载器。它负责加载虚拟机的核心类库,如java.lang.*等,根类加载器的实现依赖于底层操作系统,属于虚拟机的实现的一部分,它并没有继承java.lang.ClassLoader类
  • 扩展类加载器:它的父类加载器为根类加载器。它从Java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库,或者从JDK的安全目录的jre\lib\ext子目录下加载类库,如果把用户创建的JAR文件放在这个目录下,也会自动扩展类加载器加载,扩展类加载器加载的是纯Java类,是java.lang.ClassLoader类的子类
  • 系统类加载器:也称为应用类加载器,它的父类加载器为扩展类加载器,它从环境变量classpath或者系统属性Java.class.path所指定的目录中加载类,它是用户自定义类加载器的默认父加载器,系统类加载器是纯Java类,是java.lang.ClassLoader类的子类。
  • 除了以上虚拟机自带的加载器外,用户还可以定制自己的类加载器。Java提供了抽象类Java.lang.ClassLoader,所有用户自定义的类加载器都应该继承ClassLoader类
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