jvm类加载过程

1.简介

基本过程：加载器加载class文件，子阶段可分为加载阶段、链接阶段和初始化阶段。类加载子系统通过存储设备或者网络加载特定标识的class文件，例如class文件十六进制的前4个字符为ka fe ba be,类加载系统只负责加载class文件，是否能够正常运行是由运行引擎决定的。class文件加载后，其信息存放在运行时数据区中的方法区，除了类信息保存在方法区，一些常量信息也会保存在方法区。

2.详细过程

• 加载阶段

  • 通过class文件的路径获取文件的字节流，将字节流中的存储信息转换成方法区的运行时数据结构，并生成一个java.lang.Class对象,该对象作为访问该class文件对应方法去数据结构的入口。class文件加载后主要暴露常量池，方法，字段，接口，变量等信息。

  • class文件来源

    • 本地磁盘
    • 网络
    • zip包中获取，jar，war包
    • 运行时动态生成，动态代理
    • 其他文件生成
    • 从数据库中读取class文件
    • 加密的文件经过解密后的文件

• 链接阶段

  • 链接分为三个阶段：验证，准备，解析

  • 验证

    • 验证加载的class文件是否符合当前jvm要求，包含文件格式验证，元数据验证，字节码验证和符号引用验证

  • 准备

    • 为类变量分配内存并且设置初始值，该初始值为变量类型的初始值，如果int为0，boolean为false等
    • 如果类变量被final修饰了，那么该变量会在编译阶段分配了，在此阶段会初始化值
    • 类实例变量不会在此时分配内存

  • 解析

    • 将常量池中的符号引用转化为直接引用
    • 符号引用就是jvm规范中说明的符号如#1，#2，#3，这些符号的引用转换成具体的直接引用，直接引用指目标的指针、相对偏移量或者一个间接定位到目标的的句柄
    • 解析主要针对类或者接口，字段，类方法，接口方法等等。

• 初始化

  • 初始化的过程就是执行类构造方法<clinit>()的过程，<clinit>()方法不需要进行明码编写，该方法是编译器自动增加的，编译器会收集需要初始化的类变量和需要执行的静态代码块。如果类中没有类变量存在，就不会存在<clinit>()方法
  • <clinit>()中的方法的赋值的顺序与类中类变量和静态代码块的顺序有关。在类对象中，如果静态代码块里面赋值一个类变量，然后显式声明上面的类变量，那么在该类变量的值将会是显式声明的值。
  • 由于虚拟机对<clinit>()方法进行加锁，当有多个线程进行加载同一个class文件的时候

3.类加载器

• 分类

  • 引导类加载器：bootstrap classloader（使用c++编写的，在java程序中获取不到该加载器，得到的值为null）
  • 自定义加载器: 继承或间接继承ClassLoader抽象类的加载器，主要有ExtClassLoader和ApplicationClassLoader（使用java编写的）
  • 自定义加载器：可以继承ClassLoader或者ExtClassLoader类加载器，自定义加载器。

• boostrap ClassLoader

  • 用来加载java核心核心库(如rt.jar,resources.jar),只有加载java,javax,sun开头的包中的类
  • 扩展类加载器和应用程序加载器是由引导类加载器加载的。

• 应用程序加载器Application ClassLoader

  • java语言编写的，继承ClassLoader抽象类，其父加载器为bootstrap ClassLoader加载器。
  • 加载java.ext.dirs系统属性指定的目录或者jdk的安装目录jre/libs/ext子目录下的类

• 应用程序加载器 Application Class Loader

  • 继承于ClassLoader抽象类，其父加载器为ApplicationClassLoader
  • 一般加载环境变量claspath或者java.class.path下的类
  • 一般项目中的类都是由该类加载完成的

4.自定义加载器

• 使用：

  • 继承ClassLoader、ExtClassLoader或者ApplicationClassLoader，可实现自定义加载器，自定义加载器最终返回的是Class对象。

• 使用场景

  • 隔离加载类，一些中间件需要加载特定的jar，这些jar与已有的冲突，中间件就会自定义加载器加载这些jar.
  • 修改类的加载方式
  • 扩展加载源
  • 加密jar文件：对jar文件加密后，自定加载器解密后才加载。

5.双亲委派机制

• jvm存在引用加载器，扩展加载器，应用程序加载器，当需要加载一个类的时候，扩展加载器的父加载器为引用加载器，应用程序加载器的父加载器为扩展加载器，如果需要加载一个类，首先查看父加载器能否进行加载，父加载器再请求父加载器进行加载，如果父加载器加载不了，才会让子加载器进行加载，如果父加载器能够进行加载就返回加载的class对象。

• 为什么使用双亲委派机制

  • 保证一个类在多个加载器中，只会被一个加载器加载
  • 保证程序安全：由于三个加载器加载类的目录不同，当程序中自定义java核心类时，能够保证核心类不被修改。如自定义java.lang.String类，当加载类的时候，bootstrap加载器就会识别路径为核心类，就会报属于核心类错误，不能够被重新加载，不同级别的加载器加载不同安全级别的类，保证程序在该沙箱中安全。

jvm中是如何保证两个Class对象都是相同的：

• 加载class对象的路径是相同的
• 并且是由同一个加载器加载的，Class是由什么加载器加载的信息在class对象中存在。

6.类的主被动加载

• 主动使用

  • 创建类的实例
  • 访问类或接口的静态变量，或者赋值
  • 调用类静态方法
  • 反射
  • 初始化类的子类
  • 被表明jvm启动类的类
• 被动使用
  不是主动使用的都是被动使用