JVM基础：类的加载

文章目录

在这里插入图片描述
Car.class加载到JVM中，称为DNA元数据模板，放在方法区。

类加载的完整过程

在这里插入图片描述
虚拟机对Class文件采用的是按需加载的方式：当需要使用该类时才会将它的Class文件加载到内存生成Class字节码对象【方法区：Hotspot的元空间】
类的加载过程主要分为三个过程：加载、链接、初始化，其中链接又分为：验证、准备、解析

加载：通过类的完全限定名获取此类的二进制字节流，将字节码文件中的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构，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。
验证： 验证字节码文件的数据是否符合虚拟机的要求
准备：

（1）为静态成员变量（不包括被final修饰的）分配内存，并设置该静态成员变量的默认初始值。如果静态成员变量
在这里插入图片描述
（2）被final修饰的静态成员变量在准备阶段会显示的初始化值
（3）准备阶段不会为普通成员变量赋值，因为静态成员变量分配在方法区中，而普通成员变量是会随着对象一起分配到堆内存中

public static int num=123;
注意：变量num在准备阶段后的初始值为0而不是123
因为这个时候尚未开始执行任何方法，把123赋值给num是在初始化阶段，在构造方法中进行的

public static final int  num=123;
当final修饰的静态成员变量，在准备阶段初始化为123而非0,初始化时会把此语句和静态代码块会被合并到初始化构造方法中

public int num=1;
public final num=1;
普通成员变量不会再初始化阶段赋默认值或赋指定值，因为普通成员变量会随着对象存入堆内存中

解析： 将静态常量池中的符号引用转换为直接引用的过程，解析动作主要针对接口、类、字段、类方法、接口方法、方法类型等。
其中符号引用就是静态常量池中的#开头的符号地址，直接引用就是指向目标的指针或偏移量等。
初始化： 实际是执行类构造器方法clinit的过程，此方法不需要定义，javac编译器会自动将类中的所有静态变量的赋值语句、静态代码块收集到Clinit方法中，执行顺序按语句在文件中的出现顺序执行。下图是通过jclasslib反编译后的结果：

在Java编译之后会在字节码文件中生成clinit方法（class init）、init方法，但当源码文件中没有静态代码块、静态成员变量赋值语句时，是没有clinit方法的。

clinit方法（类构造器）、init方法（实例对象构造器）

clinit方法是类构造器方法，收集了静态变量初始化语句和静态块语句，执行顺序为：父类静态变量初始化- -》父类静态语句块 --》子类静态变量初始化 --》子类静态语句块
init方法是实例构造器，该实例构造器会收集：普通成员变量的初始化语句，构造代码块、调用父类构造器（super()）等操作，执行顺序为：父类变量初始化–》父类构造代码块–》子类变量初始化–》子类构造代码块

clinit方法在类加载的初始化阶段执行，而init方法在创建对象的过程中执行
静态代码块是在类加载的初始化阶段执行的，当初始化一个类的时候发现其父类还没有初始化，需要先对父类进行加载

类的加载器分类

JVM规范中将类的加载器分为两类：启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）、自定义类加载器（User-Defined ClassLoader），其中所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都是自定义类加载器。

hotspot中类加载器分类：BootstrapClassLoader、ExtClassLoader、SystemClassLoader、用户自定义类加载器，从前往后是一种包含关系，但不是继承关系。

（1）启动类加载器Bootstrap ClassLoader

启动类加载器Bootstrap ClassLoader主要用来加载Java核心内库，用于加载JVM自身需要的类
启动类加载器Bootstrap ClassLoader是用C/C++语言编写的，并不继承java.lang.ClassLoader，没有父加载器
启动类加载器会加载扩展类加载器、应用程序加载器，并指定他们各自的父类加载器

（2）扩展类加载器Extension ClassLoader

扩展类加载器从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext目录下加载类库。如果用户创建的jar包也存放在该目录下，也会被扩展类加载器加载。
扩展类加载器Extension ClassLoader是用java语言编写的，是sun.misc.Launcher的内部类ExtClassLoader，ExtClassLoader继承了抽象类ClassLoader
扩展类加载器的父类加载器为引导类加载器

（3）应用程序类加载器（系统类加载器 AppCLassLoader）

应用程序类加载器主要负责加载环境变量classpath或java.class.path指定的路径下的类库
应用程序类加载器用java语言编写的，是sun.misc.Launcher的内部类AppClassLoader，ExtClassLoader继承了抽象类ClassLoader
应用程序类加载器的父类加载器为扩展类加载器
用户自定义的类一般情况下都是由应用程序类加载器加载的
通过抽象类ClassLoader的静态方法可以获取当前类的类加载器

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader()

（4）自定义类加载器（目前仅作了了解，待后续学习）

为什么要自定义类的加载器？

隔离加载类
修改类加载的方式
扩展加载源
防止代码泄漏

双亲委派机制

工作原理：如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是委托给父类加载器加载，如果父类加载器还存在父加载器，则继续向上委托，最终将类加载请求委托给启动类加载器执行。如果父类加载器可以完成类的加载，则成功返回，如果父类加载器不能完成加载，则子加载器才会去尝试加载
各加载器到各自负责的路径下加载，不能加载该类，则子类到自己负责的路径下加载。
在这里插入图片描述
举例： 加载JDBC驱动时，系统类加载器将请求一层一层向上委托给启动类加载器，但启动类加载器、扩展类加载器都无法加载，最终又反向委派给系统类加载器加载。

验证双亲委派机制

在项目中将创建一个与String包名相同的包java.lang，并自定义String类：

public class String {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        System.out.println("验证双亲委派机制");
    }
}

在这里插入图片描述
分析：
运行main方法时，应用程序类加载器收到加载java.lang包下String类的请求，一路向上委托至启动类加载器，启动类加载到java的核心类库中加载了String类，而核心类库中的String类没有main方法，因此报错：找不到main方法
上面这种保护核心API不被篡改的机制即：沙箱安全机制

扫描二维码关注公众号，回复： 11951533 查看本文章

使用双亲委派机制的原因

（1）避免类的重复加载
（2）保护核心API被篡改（沙箱安全机制）
以上两点均可以通过验证双亲委派机制的例子证明

判断两个Class类型的对象是否是同一个对象的条件

（1）类的完全限定名必须相同
（2）加载Class类型对象对应的Class文件的ClassLoader实例对象必须相同（同一类型的同一个对象）

类加载器常用API

常用的三种获取应用程序类加载器的方式

 System.out.println(Demo.class.getClassLoader());
 System.out.println(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
 System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());

在这里插入图片描述

获取当前类的类加载器、获取父类加器、获取各类加载器可以加载的jar包路径

public class Demo {
    
    
    /**
     * BootstrapClassLoader、SystemClassLoader、ExtClassLoader、用户自定义类加载器，从前往后是一种包含关系，
     * 但不是继承关系
     */
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
    
    
        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        //获取扩展类加载器
        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@725bef66
        //获取启动类加载器
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootstrapClassLoader);//null：启动类加载器是用C或C++编写的，无法获取对象
        /**
         * 对比发现：我们自定义类的加载器和应用程序类加载器的地址是一样的，因此自定义类使用的是应用类加载器
         */
        System.out.println(Demo.class.getClassLoader());//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        //String类的加载器则是启动类加载器，间接证明：Java的核心类库是都是使用启动类加载器加载
        System.out.println(String.class.getClassLoader());//null
        
        
        //获取启动类加载器的可以加载jar包的路径
        URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (URL urL : urLs) {
    
    
            System.out.println(urL);
        }
        //获取扩展类加载器的可以加载jar包的路径
        String property = System.getProperty("java.ext.dirs");
        System.out.println(property);
    }
}