0020-类的加载

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#jvm #类的加载机制

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本文深入探讨Java类加载过程，包括内存结构、加载步骤、类加载器分类及双亲委派机制，解析类如何从文件加载到JVM并执行。

1. 内存结构概述

在这里插入图片描述

注：类文件通过类的加载系统（加载==>链接==>初始化）加载到内存中（方法区，堆），执行引擎执行字节码指令（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆区、方法区配合）

2. 类的加载过程

2.1 类加载器的作用

在这里插入图片描述

类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载class文件，class文件头有特定的文件表示
ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则有ExecutionEngine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）

2.2 类加载器角色

在这里插入图片描述

class file存在于本地硬盘上，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到JVM当中来，根据这个文件实例化出n个一模一样的实例
class file 加载到jvm中，被称为DNA元数据模板，放在方法区。
在.class文件->JVM->最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具，将class送到内存中充当模板，这就是类加载器充当的角色

2.3 类的加载过程

在这里插入图片描述

1. 加载

通过一个类的全限定名获取此定义类的二进制字节流
将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
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

2. 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要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全
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且设置该类变量的默认初始值，既零值
这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就分配了，准备阶段会显示初始化
这里不会为实例变量初始化，类变量会分配在方法区，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换为直接引用的过程
事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完之后再执行
符号引用就是一组符号来描述所引用的目标，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。直接引用就是指向目标的指针，相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
解析动作主要针对类或接口，字段，类方法，接口方法，方法类型等，对应的常量池中的CONSTANT_CLASS_INFO,CONSTANT_Fieleref_info,CONSTANT_Methodref_info等

3. 初始化

初始化阶段就是执行类构造器方法()的过程
此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块的语句合并而来
构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行
()不同于类的构造器，构造器在虚拟机视角下是()
若该类具有父类，JVM会保证
()执行前，父类的
()执行完毕
-虚拟机必须保证一个类的
()方法在多线程下被同步加锁

3. 类加载器的分类

3.1 引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）

c/c++语言编写
加载核心java核心库

JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar
resources.jar
sun.boot.class.path

不继承ClassLoader，没有父类加载器
加载扩展类加载器和应用程序加载器，并指定为他们的父类加载器
只加载java，javax，sun开头的包中的类

3.2 自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）

3.2.1 扩展类加载器（Extention ClassLoader）

java语言实现，sun.misc.Launcher.ExtClassLoader实现
派生于ClassLoader类
父类加载器，为启动类加载器
从java.ext.dirs系统所指定的目录加载类库，或从jdk按安装目录的jre/lib/ext子目录下加载类库，用户的jar包放在这个目录也会加载

3.2.2 应用程序类加载器（Application ClassLoader）

java语言编写，由sun.misc.Launcher.AppClassLoader实现
派生与ClassLoader类
父类加载器为扩展类加载器
负责加载classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库
该类加载器是程序默认的加载器，一般来说，java应用的类都是由它加载完成
ClassLoader.getSystemClassLoader();可以获取到该类加载器

3.2.3 自定义加载器

作用

1. 隔离加载类

2. 修改类的加载方式

3. 扩展加载源

4. 防止源码泄露

4. ClassLoader的使用说明

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println("1:" + systemClassLoader);

ClassLoader classLoader = LogUtilTest.class.getClassLoader();
System.out.println("2:" + classLoader);

ClassLoader contextClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println("3:" + contextClassLoader);

5. 双亲委派机制

5.1 什么时候加载类

按需加载，当需要使用该类的时候，class文件被加载，采用双亲委派模式，交给父类加载器加载

5.2 工作原理

在这里插入图片描述

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加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

5.3 双亲委派模型的破坏

双亲委派的加载机制是写在loadClass()中的，在jdk1.2版本以前，自定义类加载器重写了这个方法，破坏了双亲委派机制
JNDI,JDBC等由java提供接口，由不同的厂商提供实现，接口类由启动类加载器去加载，接口实现类由线程上下文类加载器加载（默认就是应用程序加载器），父类委派了子类的加载器
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