JVM加载class文件的原理机制
Java 语言是一种具有动态性的解释型语言,类(Class)只有被加载到 JVM 后才能运行。当运行指定程序时,JVM 会将编译生成的 .class 文件按照需求和一定的规则加载到内存中,并组织成为一个完整的 Java 应用程序。这个加载过程是由类加载器完成,具体来说,就是由 ClassLoader 和它的子类来实现的。
类加载器本身也是一个类,其实质是把类文件从硬盘读取到内存中。类的加载方式分为隐式加载和显示加载。隐式加载指的是程序在使用 new 等方式创建对象时,会隐式地调用类的加载器把对应的类加载到 JVM 中。显示加载指的是通过直接调用 class.forName() 方法来把所需的类加载到 JVM中。
任何一个工程项目都是由许多类组成的,当程序启动时,只把需要的类加载到 JVM 中,其他类只有被使用到的时候才会被加载,采用这种方法一方面可以加快加载速度,另一方面可以节约程序运行时对内存的开销。此外,在 Java 语言中,每个类或接口都对应一个 .class 文件,这些文件可以被看成是一个个可以被动态加载的单元,因此当只有部分类被修改时,只需要重新编译变化的类即可,而不需要重新编译所有文件,因此加快了编译速度。
在 Java 语言中,类的加载是动态的,它并不会一次性将所有类全部加载后再运行,而是保证程序运行的基础类(例如基类)完全加载到 JVM中,至于其他类,则在需要的时候才加载。
类加载的主要步骤:
1. 加载
加载是类加载的第一个过程,在这个阶段,将完成一下三件事情:
通过一个类的全限定名获取该类的二进制流。
将该二进制流中的静态存储结构转化为方法去运行时数据结构。
在内存中生成该类的 Class 对象,作为该类的数据访问入口。
2. 验证
验证的目的是为了确保 Class 文件的字节流中的信息不回危害到虚拟机.在该阶段主要完成以下四钟验证:
文件格式验证:验证字节流是否符合 Class 文件的规范,如主次版本号是否在当前虚拟机范围内,常量池中的常量是否有不被支持的类型.
元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析,如这个类是否有父类,是否集成了不被继承的类等。
字节码验证:是整个验证过程中最复杂的一个阶段,通过验证数据流和控制流的分析,确定程序语义是否正确,主要针对方法体的验证。如:方法中的
类型转换是否正确,跳转指令是否正确等。
符号引用验证:这个动作在后面的解析过程中发生,主要是为了确保解析动作能正确执行。
3. 准备,给类中的静态变量分配存储空间。
准备阶段是为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值,这些内存都将在方法区中进行分配。准备阶段不分配类中的实例变量的内存,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中。
4. 解析,将符号引用转换为直接引用(这一步可选)
该阶段主要完成符号引用到直接引用的转换动作。解析动作并不一定在初始化动作完成之前,也有可能在初始化之后。
5. 初始化。对静态变量和静态代码块执行初始化工作。
初始化时类加载的最后一步,前面的类加载过程,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java 程序代码。
6. 使用
7. 卸载