类加载子系统
类加载器子系统作用
1、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
2、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
3、加载的类信息存放在一块内存空间(方法区),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)
类加载器的角色
1、.class 文件存在本地硬盘,可以理解为模板,最终模板在执行时,要加载到 JVM 中,根据模板实例化出 n 个实例
2、.class 文件加载到 JVM 中,被称为 DNA 元数据模板,放在方法区
3、.class 文件 -> JVM -> 元数据模板,此过程要一个运输工具,即类装载器(Class Loader)
类的加载过程
1、加载阶段
2、链接阶段
(1)验证
(2)准备
(3)解析
3、初始化阶段
加载阶段
1、通过一个类的全限定名,获取定义此类的二进制字节流
2、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
3、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
4、加载 .class 文件的方式
(1)从本地系统中直接加载
(2)通过网络获取,典型场景:Web Applet
(3)从 zip 压缩包中读取,为之后 jar、war 格式的基础
(4)运行时计算生成,使用最多的是:动态代理技术
(5)由其他文件生成,典型场景:JSP 应用
(6)从专有数据库中提取 .class文件,比较少见
(7)从加密文件中获取,防止 .class 文件被反编译
链接阶段
1、验证(Verify)
(1)目的: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
(2)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
2、准备(Prepare)
(1)为类变量(静态变量)分配内存,并且设置该类变量的默认初始值,即零值
(2)这里不包含用 final 修饰的 static,因为 final 在编译时就会分配了,准备阶段会显式初始化
(3)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
3、解析(Resolve)
(1)将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
(2)实际上,解析操作往往会伴随着 JVM 在执行完初始化之后再执行
(3)符号引用: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
(4)直接引用:直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
(5)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,对应常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info 等
初始化阶段
1、初始化阶段就是执行类构造器方法 <clinit>() 的过程
2、此方法不需定义,是由 javac 编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作、静态代码块中的语句合并而来
3、构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行
4、<clinit>() 不同于类的构造器(关联:构造器是虚拟机视角下的 <init>())
5、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
6、虚拟机必须保证一个类的 <clinit>() 方法在多线程下被同步加锁
类加载器分类
1、JVM 支持两种类型的类加载器
(1)引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)
(2)自定义类加载器(User-Defined ClassLoader)
2、自定义类加载器一般指程序中由开发人员自定义的类加载器,但是 JVM 规范却没有定义,而是将所有派生于抽象类 ClassLoader 的类加载器都划分为自定义类加载器
3、无论类加载器的类型如何划分,在程序中最常见的类加载器始终只有 3 个
(1)引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)<- 扩展类加载器(Extension ClassLoader)<- 应用程序类加载器(AppClassLoader)/ 系统类加载器<- 用户自定义类加载器(User Defined Class Loader)
(2)以上四者之间的关系是包含关系,不是上层下层,也不是父子类的继承关系
虚拟机自带的加载器
1、启动类加载器 / 引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)
(1)类加载使用 C / C++ 语言实现的,嵌套在 JVM 内部
(2)用来加载 Java 核心库(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar 或 sun.boot.class.path 路径下的内容),用于提供 JVM 自身需要的类
(3)并不继承自 java.lang.ClassLoader,没有父加载器
(4)加载扩展类和应用程序类加载器,并指定为他们的父类加载器
(5)出于安全考虑,Bootstrap 启动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)
(1)Java 语言编写,由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现
(2)派生于 ClassLoader 类
(3)父类加载器为启动类加载器
(4)从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库,或从 JDK 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(AppClassLoader)/ 系统类加载器
(1)Java 语言编写,由 sun.misc.LaunchersAppClassLoader 实现
(2)派生于 ClassLoader 类
(3)父类加载器为扩展类加载器
(4)负责加载环境变量 classpath,或系统属性 java.class.path 指定路径下的类库
(5)该类加载是程序中默认的类加载器,一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载
(6)通过 ClassLoader 的 getSystemclassLoader() 方法可以获取到该类加载器
用户自定义类加载器
1、在 Java 日常应用程序开发中,类的加载几乎是由上述 3 种类加载器相互配合执行
2、在必要时,可以自定义类加载器,来定制类的加载方式
3、自定义类加载器的目的
(1)隔离加载类
(2)修改类加载的方式
(3)扩展加载源
(4)防止源码泄漏
4、用户自定义类加载器实现步骤
(1)可以通过继承抽象类 java.lang.ClassLoader 类,实现自己的类加载器
(2)在 JDK 1.2 之前,在自定义类加载器时,总要继承 ClassLoader 类并重写 loadClass() 方法,从而实现自定义的类加载类,
(3)在 JDK 1.2 之后,不再建议用户去覆盖 loadclass() 方法,而是建议把自定义的类加载逻辑写在 findClass() 方法中
(4)在编写自定义类加载器时,如果没有过于复杂的需求,可以直接继承 URLClassLoader 类,可以避免自己去编写 findClass() 方法及其获取字节码流的方式,使自定义类加载器编写更加简洁
ClassLoader 类
1、抽象类
2、所有的类加载器都继承 ClassLoader,但不包括启动类加载器
3、继承关系:ExtClassLoader、AppClassLoader -> URLClassLoader -> SecureClassLoader -> ClassLoader
(1)ExtClassLoader、AppClassLoader 间接继承 ClassLoader
(2)ExtClassLoader、AppClassLoader 属于 sun.misc.Launcher 内部类
(3)sun.misc.Launcher 是一个 JVM 的入口应用
4、获取 ClassLoader
(1)获取当前 ClassLoader
clazz.getClassLoader();
(2)获取当前线程上下文的 ClassLoader
Thread.currentThread().getContextClassLoader();
(3)获取系统的 ClassLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader();
(4)获取调用者的 ClassLoader
DriverManager.getCallerClassLoader();
双亲委派机制
1、JVM 对 .class 文件采用按需加载的方式,即当需要使用该类时,才会将它的 .class 文件加载到内存,生成 Class 对象
2、JVM 采用双亲委派模式,加载某个类的 .class文件,即把请求交由父类处理,属于一种任务委派模式
3、工作原理
(1)若一个类加载器收到类加载请求,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
(2)若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
(3)若父类加载器可以完成类加载任务,则成功返回;若父类加载器无法完成此加载任务,则交由子加载器尝试加载
4、优点
(1)避免类的重复加载
(2)保护程序安全,防止核心 API 被随意篡改
沙箱安全机制
1、将 Java 代码限定在 JVM 特定的运行范围中,并且严格限制代码对本地系统资源访问
2、保证对代码的有效隔离,防止对本地系统造成破坏
3、沙箱主要限制系统资源访问,例如:CPU、内存、文件系统、网络
4、引入域(Domain)概念
(1)JVM 将所有代码加载到不同的系统域和应用域
(2)系统域部分专门负责与关键资源进行交互
(3)各个域应用部分则通过系统域的部分代理,来对各种需要的资源进行访问
(4)虚拟机中不同的受保护域(Protected Domain),对应不一样的权限(Permission)
(5)存在于不同域中的类文件具有当前域的全部权限
在 JVM 中表示两个 Class 对象是否为同一个类,存在两个必要条件
1、类的完整类名必须一致,包括包名
2、加载这个类的 ClassLoader(指 ClassLoader 实例对象)必须相同
对类加载器的引用
1、JVM 必须知道一个类型是由启动加载器加载,还是由用户类加载器加载
2、如果一个类型是由用户类加载器加载,则 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
3、当解析一个类型到另一个类型的引用时,JVM 需要保证这两个类型的类加载器是相同的
【推荐】编程新体验,更懂你的AI,立即体验豆包MarsCode编程助手
【推荐】凌霞软件回馈社区,博客园 & 1Panel & Halo 联合会员上线
【推荐】抖音旗下AI助手豆包,你的智能百科全书,全免费不限次数
【推荐】博客园社区专享云产品让利特惠,阿里云新客6.5折上折
【推荐】轻量又高性能的 SSH 工具 IShell:AI 加持,快人一步
· 微软正式发布.NET 10 Preview 1:开启下一代开发框架新篇章
· 没有源码,如何修改代码逻辑?
· PowerShell开发游戏 · 打蜜蜂
· 在鹅厂做java开发是什么体验
· WPF到Web的无缝过渡:英雄联盟客户端的OpenSilver迁移实战