类加载的过程(加载、验证、准备、解析、初始化);类加载器(启动类加载器,扩展类加载器,应用程序类加载器,自定义类加载器);双亲委派模型;
1.虚拟机的类加载机制:
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
2.类的生命周期:
3.类必须初始化的5种情况:
- 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时
- 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候
- 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化。
- 当虚拟机启动时,用户需要指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。
- 当使用JDK 1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
4.引用
主动引用:类必须初始化的5种情况下的行为。
被动引用:除了5种情况之外,所有引用类的方式都不会触发初始化
5.类加载的过程
Java虚拟机中类加载的全过程,也就是加载、验证、准备、解析和初始化这5个阶段
5.1 加载
在加载阶段,虚拟机需要完成以下3件事情:
- 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化为方法区的运行时数据结构。
- 3)在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口。
5.2 验证
验证是连接阶段的第一步,这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中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。
验证阶段大致上会完成下面4个阶段的检验动作:文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
- 1.文件格式验证:要验证字节流是否符合Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。eg:是否以魔数0xCAFEBABE开头。主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内。
- 2.元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。eg:这个类是否有父类,这个类的父类是否继承了不允许被继承的类
- 3.字节码验证:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。将对类的方法体进行校验分析,保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件
- 4.符号引用验证:发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,可以看做是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验
ps:在实施阶段就可以考虑使用-Xverify:none参数来关闭大部分的类验证措施,以缩短虚拟机类加载的时间。
5.3 准备
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配
5.4 解析
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程
符号引用(Symbolic References):符号引用以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能无歧义地定位到目标即可。
直接引用(Direct References):直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行,
分别对应于常量池的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info、CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_MethodHandle_info和CONSTANT_InvokeDynamic_info 7种常量类型
5.5 初始化
前面的类加载过程中,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java程序代码(或者说是字节码)。
初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。
6.类加载器
虚拟机设计团队把类加载阶段中的“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称为“类加载器”。
对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。
类“相等”,包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果,也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。
6.1 类加载器分类:
从Java虚拟机的角度:
- 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;
- 所有其他的类加载器,这些类加载器都由Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
从Java开发人员的角度:
- 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):
- 扩展类加载器(Extension ClassLoader):
- 应用程序类加载器(Application ClassLoader):
6.2 双亲委派模型
上图中类加载器之间的这种层次关系,称为类加载器的双亲委派模型(Parents Delegation Model)。
6.3 双亲委派模型的工作过程:
如果一个类加载器收到了类加载的请求,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都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中,只有当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去加载。
声明:本文是个人学习笔记,内容来自《深入理解Java虚拟机·JVM高级特性与最佳实践》周志明 与网络文章