Java虚拟机JVM：类加载机制与安全特性解析-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/ZJ_1011487813/article/details/115431827

JVM结构–类加载

1.类加载子系统的作用

它负责从文件系统或者网络中加载 class 文件， class 文件在文件开头有特定的文件标识(字节码文件都以 CA FE BA BE 标识开头)。

classLoader 只负责 class 文件的加载，至于它是否可以运行，则由 Execution
Engine 决定。

加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是 class 文件中常量池部分的内存映射）.

2.类加载 ClassLoader 的角色

在这里插入图片描述

class file 存在于硬盘上,可以理解为设计师画在纸上的模板,而最终这个模板
在执行的时候是要加载 JVM 当中来,根据这个模板实例化出 n 个一模一样的实
class file 加载到 JVM 中,被称为 DNA 元数据模板,放在方法去中.
在.class–>JVM–>最终称为元数据模板,此过程就要有一个运输工具(类加
载器 Class Loader),扮演一个快递员的角色.

3.类加载过程

加载—验证—准备—解析—初始化

加载:

通过类名(地址)获取此类的二进制字节流.
将这个字节流所代表的静态存储结构转换为方法去的运行时结构.
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：检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致；

准备：准备阶段则负责为类的静态属性分配内存，并设置默认初始值；
不包含用 final 修饰的 static,实例变量.

解析：将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用（符号引用是用一组符号描述所引用的目标；直接引用是指向目标的指针）.

初始化:

类的初始化顺序:
对 static 修饰的变量或语句块进行赋值.

如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。

如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。

顺序是：父类 static –> 子类 static –> 父类构造方法- -> 子类构造方法

类什么时候初始化?

创建类的实例，也就是 new 一个对象
访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
调用类的静态方法
反射（ Class.forName (“ ”)）
初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）

4.类加载分类

1.引导类加载器(启动类加载器 BootStrap ClassLoader)

使用 C/C++语言实现,嵌套在 JVM 内部. 用来加载java的核心类库
并不集成于 java.lang.ClassLoader 没有父加载器.
负责加载扩展类加载器和应用类加载器,并为他们指定父类加载器.
出于安全考虑,引用类加载器只加载包名为 java,javax,sun 等开头的类.

2.扩展类加载器(Extension ClassLoader)

Java 语言编写的,由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现.派生于 ClassLoader 类.
上层类加载器为引用类加载器.
从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库,或从 JDK 系统安装目录的jre/lib/ext 子目录(扩展目录)下加载类库.如果用户创建的 jar 放在此目录下,也会自动由扩展类加载器加载.

3.应用程序类加载器(系统类加载器 Application ClassLoader)

Java 语言编写的,由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现.
派生于 ClassLoader 类.
上层类加载器为扩展类加载器.
加载我们自己定义的类.
该类加载器是程序中默认的类加载器.
通过类名.class.getClassLoader(),ClassLoader.getSystemClassLoader()来获得.

5.双亲委派机制

Java 虚拟机对 class 文件采用的是按需加载的方式,也就是说当需要该类时才会将它的 class 文件加载到内存中生成 class 对象.而且加载某个类的 class 文件时,Java 虚拟机采用的是双亲委派模式,

即把请求交由父类处理,它是一种任务委派模式.

在这里插入图片描述

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,而是把这个请求委托给父类的加载器去执行.
如果父类加载器还存在其父类加载器,则进一步向上委托,依次递归,请求最终将到达顶层的启动类加载器.
如果父类加载器可以完成类的加载任务,就成功返回,倘若父类加载器无法完成加载任务,子加载器才会尝试自己去加载,这就是双亲委派机制. 如果均加载失败，就会抛出 ClassNotFoundException 异常。

6.沙箱安全机制

作用:防止恶意代码污染 java 源代码

如果定义一个类名为 String 所在包也命名为 java.lang, 因为这个类本身属于jdk的.如果没有沙箱安全机制的话，这个类将会污染到系统中的String,但是由于沙箱安全机制，所以就委托顶层的引导类加载器查找这个类，如果没有的话就委托给扩展类加载器,再没有就委托到系统类加载器.但是由于String 就是 jdk 的源代码，所以在引导类加载器那里就加载到了，先找到先使用，所以就使用引导类加载器里面的 String,后面的一概不能使用，这就保证了不被恶意代码污染.

7.类的主动使用/被动使用

主动使用:

通过 new 关键字被导致类的初始化,这是大家经常使用的初始化一个类的方式, 他肯定会导致类的加载并且始化
访问类的静态变量,包括读取和更新
访问类的静态方法
对某个类进行反射操作,会导致类的初始化
初始化子类会导致父类的的初始化
执行该类的 main 函数

被动使用:

引用该类的静态常量,注意是常量,不会导致初始化,但是也有意外,这里的常量是指已经指定字面量的常量,对于那些需要一些计算才能得出结果的常量就会导致初始化,比如:
public final static int NUMBER = 5 ; //不会导致类初始化,被动使用
public final static int RANDOM = new Random().nextInt() ; //会导致类的初始化,主动使用
构造某个类的数组时不会导致该类的初始化,比如:
ER = 5 ; //不会导致类初始化,被动使用
public final static int RANDOM = new Random().nextInt() ; //会导致类的初始化,主动使用
构造某个类的数组时不会导致该类的初始化,比如:
Student[] students = new Student[10] ;