JVM的类加载机制的详解

五个过程

JVM的加载的机制可分为五个过程:加载、验证、准备、、解析、初始化。

加载

加载是类加载过程中的一个阶段,这个阶段会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入口。注意这里不一定非得要从一个Class文件获取,这里既可以从ZIP包中读取(比如从jar包和war包中读取),也可以在运行时计算生成(动态代理),也可以由其它文件生成(比如将JSP文件转换成对应的Class类)。

验证

这一阶段的主要目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全。

准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段,即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如一个类变量定义为:

public static int v = 8080;

实际上变量v在准备阶段过后的初始值为0而不是8080,将v赋值为8080的putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器方法之中,这里我们后面会解释。
但是注意如果声明为:

public static final int v = 8080;

在编译阶段会为v生成ConstantValue属性,在准备阶段虚拟机会根据ConstantValue属性将v赋值为8080。

解析

解析的过程就是将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号有
CONSTANT_Class_info
CONSTANT_Field_info
CONSTANT_Method_info
等类型的常量
符号引用:符号引用与虚拟机实现的布局无关,引用的目标并不一定要已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同,但是它们能接受的符号引用必须是一致的,因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
直接引用:直接引用可以是指向目标的指针,相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在。

初始化

初始化阶段是类加载最后一个阶段,前面的类加载阶段之后,除了在加载阶段可以自定义类加载器以外,其它操作都由JVM主导。到了初始阶段,才开始真正执行类中定义的Java程序代码。
初始化阶段是执行类构造器方法的过程。方法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟机会保证方法执行之前,父类的方法已经执行完毕。p.s: 如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块,那么编译器可以不为这个类生成()方法。

注意以下几种情况不会执行类初始化:

(1)通过子类引用父类的静态字段,只会触发父类的初始化,而不会触发子类的初始化。
(2)定义对象数组,不会触发该类的初始化。
(3)常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并没有直接引用定义常量的类,(4)不会触发定义常量所在的类。
(5)通过类名获取Class对象,不会触发类的初始化。
(6)通过Class.forName加载指定类时,如果指定参数initialize为false时,也不会触发类初始化,其实这个参数是告诉虚拟机,是否要对类进行初始化。
(7)通过ClassLoader默认的loadClass方法,也不会触发初始化动作。

双亲委派模型

类加载器:就是将class文件加载进java虚拟机的内存中,转为class对象。
JVM提供了三种类加载器:

启动类加载器:
采用的是c++ 实现的,负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录或-Xbootclasspath参数指定的路径中的类库加载到内存中。
其他类加载器:
扩展类的加载器:负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录或java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库。
应用程序类的加载器:负责加载用户路径(classpath)上的类库。

双亲委派模型的工作的流程

一个类加载器接收到了类加载的流程,它不会去加载类,而是将加载的工作交给父类的加载器去完成(将加载的请求委派给父类的加载器),每个类加载器的工作的流程都是如此,只有父类的加载器中找不到相应的类的时候(ClassNotFoundException的时候,子类就会执行加载的工作)。

为什么需要双亲委派的模型?

黑客自定义一个java.lang.String类,该String类具有系统的String类一样的功能,只是在某个函数稍作修改。比如equals函数,这个函数经常使用,如果在这这个函数中,黑客加入一些“病毒代码”。并且通过自定义类加载器加入到JVM中。此时,如果没有双亲委派模型,那么JVM就可能误以为黑客自定义的java.lang.String类是系统的String类,导致“病毒代码”被执行。
而有了双亲委派模型,黑客自定义的java.lang.String类永远都不会被加载进内存。因为首先是最顶端的类加载器加载系统的java.lang.String类,最终自定义的类加载器无法加载java.lang.String类
而且这种机制好处是不同的类加载器都将将在的任务交给了顶层的类加载器的话,那么不同的类加载器得到的对象是相同的。

如何实现双亲委派模型?

原理:子类的类加载的请求交给父类的类加载器,如果父类的加载器中没有的话,那就让子类去完成加载
ClassLoader在jdk中已经写好,现在我们来看一下源码

 public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }

  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

(1)首先,检查一下指定名称的类是否已经加载过,如果加载过了,就不需要再加载,直接返回。
(2)如果此类没有加载过,那么,再判断一下是否有父加载器;如果有父加载器,则由父加载器加载(即调用parent.loadClass(name, false);).或者是调用bootstrap类加载器来加载。
(3)如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类,那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。

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转载自blog.csdn.net/weixin_40843624/article/details/88375724