JVM-第二章-类加载子系统

类加载子系统

1、类加载子系统作用

• 类加载子系统负责从文件系统或网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识符。
• ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否运行，则由ExecutionEngine(执行引擎)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。
• 过程：【加载 —> 连接 —> 初始化】

2、加载

• 通过一个类的权限定名获取定义此类的二进制字节流
• 将字节流所代表的静态存储能够转换为方法区（在Java 8及之后的版本中，方法区被元空间（Metaspace）所取代）的运行时数据结构。这个过程涉及到诸如符号引用转化为直接引用、类变量赋初值等操作。
• 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区的这个类的各种数据访问入口

3、链接

• 验证：
  • 目的在于确保class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机的要求，保证被加载类的正确性，不会危害到虚拟机的自身安全。
  • 主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
• 准备：
  • 为类变量分配内存并设置该类变量的默认值，即：零值。
  • 这里不包含用final修饰的static，因为final在编译时候就会分配了，准备阶段会显示初始化,对于引用数据类型，的static fianl则不会初始化。
  • 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中
• 解析：
  • 将常量池内的符号引用转化为直接引用的过程。
  • 事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行玩初始化后再执行。
  • 符号引用就是一组符号类描述引用的目标，直接引用就是引用目标的指针、相对偏移量等
  • 解析动作主要针对 类、接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等

4、初始化

• 初始化阶段就是助兴类构造器方法<clinit>的过程。
• 此方法不需要定义，是Javac编译器自动收集类型中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来
• 构造器方法中指令在源文件中出现的顺序执行
• <clinit>方法不同于类的构造器
• 若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>执行前，父类的<clinit>已经执行完毕。
• 虚拟机必须保证一个类的<clinit>方法在多线程下被同步加锁，一个类只会加载一次

5、类加载器的分类

• 启动类加载器：(引导类加载器，Bootstrap ClassLoader)
  • 这个类加载器使用c/c++语言实现的，嵌套在JVM内部。
  • 它用来加载Java的核心类库，用于提供JVM自身所需要的类
  • 并不是继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器
  • 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定他们的父类加载器
  • 处于安全考虑Bootstrap启动类加载器只加载包含java、javax、sun等开头的类
• 扩展类加载器：
  • Java语言编写
  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为启动类加载器
  • 从java.ext.dirs所指定的文件中加载类库，或从jdk的jre/lib/ext子目录中加载类库。如果用户创建的jar放在此目录下，也会自动有扩展类加载器加载。
• 应用类加载器：
  • Java语言编写
  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为扩展类加载器
  • 负责加载环境变量classpath下的类库
  • 该类加载器是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用都是由它来完成加载的
  • 通过classLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器

6、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，而是把这个请求委托给父类加载器去执行
  • 如果父类加载器还存在其父类加载器，这进一步向上委托，一次递归最终到达顶层的启动类加载器
  • 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，如不能，才会交给子类尝试加载

• 沙箱安全机制：

  • 自定义String类，但是在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载其加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的

    文件（rt.jar包中的java\lang\String.class），报错信息说明没有main方法，就是因为加载的是rt.jar包中的String类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制

7、其他

• 在JVM中，表示class对象是否为同一个类存在的必要条件：

  • 类的完整类名必须一致，包括包名
  • 加载这个类的ClassLoader(指ClassLoader对象)

• 类加载器的引用

  • JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载还是由用户类加载其加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

• 类的主动使用和被动使用

  • Java程序对类的主动使用：
    • 创建类的实例，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
    • 初始化一个类的子类
    • Java虚拟机启动时被标注为启动类的类
    • jdk 7 开始提供的动态语言支持
    • 除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化