JVM基础---java类加载机制（类的生命周期，类加载器，双亲委派模型）

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类的生命周期

类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。在这五个阶段中，

加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定(也成为动态绑定或晚期绑定)。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。

类的加载：查找并加载类的二进制数据

• 任务：将类的字节码文件（.class 文件）加载到内存中。

• 具体步骤：

  1. 通过类的全限定名（包名 + 类名）查找字节码文件。
  2. 将字节码文件读取到内存中。
  3. 在内存中生成一个代表该类的 java.lang.Class 对象。

• 加载.class文件的方式

  • 从本地系统中直接加载
  • 通过网络下载.class文件
  • 从zip，jar等归档文件中加载.class文件
  • 从专有数据库中提取.class文件
  • 将Java源文件动态编译为.class文件

验证

• 任务：确保加载的字节码是合法的，符合 JVM 规范。
• 验证内容：
  1. 文件格式验证：
     • 检查字节码文件是否符合 JVM 规范（如魔数、版本号等）。
  2. 元数据验证：
     • 检查类的元数据是否合法（如是否有父类、是否继承了 final 类等）。
  3. 字节码验证：
     • 检查方法体中的字节码指令是否合法，是否会危害 JVM。
  4. 符号引用验证：
     • 检查类、方法、字段的引用是否存在且可访问。

准备

• 任务：为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值。

• 具体行为：

  • 静态变量会被分配内存并初始化为零值（如 int 初始化为 0，boolean 初始化为 false）。
  • 如果是常量（static final），则直接赋值为指定的值。

• 示例：

static int a = 10;  // 准备阶段：a = 0
static final int b = 20;  // 准备阶段：b = 20

解析

• 任务：将常量池中的符号引用转换为直接引用。
• 符号引用：一组符号描述引用目标（如类名、方法名）。
• 直接引用：指向目标在内存中的指针或偏移量。
• 解析内容：
  • 类或接口的解析。
  • 字段的解析。
  • 方法的解析。

初始化

• 任务：执行类的静态初始化代码（静态代码块和静态变量赋值）。
• 触发条件：
  • 创建类的实例（new）。
  • 访问类的静态变量或静态方法。
  • 使用反射加载类（如 Class.forName()）。
  • 初始化子类时，父类会先被初始化。

static int a = 10;  // 初始化阶段：a = 10
static {
    System.out.println("Static block executed");
}

类加载器

JVM 通过类加载器来加载类。Java 中有以下三类类加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

• 职责：加载 JVM 核心类库（如 java.lang.*、java.util.* 等）。
• 实现：由 JVM 自身实现，通常是用 C/C++ 编写的。
• 路径：加载 JAVA_HOME/lib 目录下的类。

扩展类加载器（Extension ClassLoader）

• 职责：加载扩展类库（如 javax.* 等）。
• 实现：由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。
• 路径：加载 JAVA_HOME/lib/ext 目录下的类。

应用程序类加载器（Application ClassLoader）

• 职责：加载用户类路径（ClassPath）下的类。
• 实现：由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。
• 路径：加载 -classpath 或 -cp 指定的类。

自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）

• 职责：用户可以通过继承 ClassLoader 类实现自定义类加载器。
• 用途：
  • 热部署：在不重启 JVM 的情况下重新加载类。
  • 模块化加载：加载特定模块的类。
  • 加密类加载：加载加密的字节码文件。

双亲委派模型

双亲委派模型是类加载器之间的协作机制。

工作原理

1. 当一个类加载器需要加载类时，它首先会委托给父类加载器加载。
2. 如果父类加载器无法加载，子类加载器才会尝试加载。
3. 最终，如果所有父类加载器都无法加载，才会抛出 ClassNotFoundException。

优点

• 安全性：防止用户自定义的类替换核心类（如 java.lang.String）。
• 避免重复加载：确保类只被加载一次。

打破双亲委派

• 在某些场景下（如 SPI 服务加载、模块化加载），可能需要打破双亲委派模型。
• 安全性：防止用户自定义的类替换核心类（如 java.lang.String）。
• 避免重复加载：确保类只被加载一次。

打破双亲委派

• 在某些场景下（如 SPI 服务加载、模块化加载），可能需要打破双亲委派模型。
• 例如：Thread.currentThread().setContextClassLoader() 可以设置线程上下文类加载器。