JVM - 06类加载机制

JVM - 06类加载机制

（1）JVM类加载机制概述 

JVM类加载机制分为五个部分：加载、验证、准备、解析、初始化。

（1.1）加载

• 加载是类加载过程中的一个阶段，这个阶段会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入口。
• 注意： 这里不一定非得要从一个Class文件获取。
• 既可以从ZIP包中读取（比如从jar包和 war包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将JSP文件转换成对应的Class类）。

（1.2）验证

这一阶段的主要目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

（1.3）准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念，比如一个类变量定义为：

public static int v = 8080

实际上变量v在准备阶段过后的初始值为0而不是8080， 将 v 赋值为 8080 的 put static 指令是程序被编译后， 存放于类构造器方法之中。

但是注意如果声明为：

public static final int v = 8080

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v 赋值为 8080。

（1.4）解析

• 解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。
• 符号引用就是 class 文件中的 CONSTANT_Class_info、  CONSTANT_Field_info、 CONSTANT_Method_info等类型的常量。
• 符号引用
  • 符号引用与虚拟机实现的布局无关，引用的目标并不一定要已经加载到内存中。
  • 各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须是一致的，因为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
  • 直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。

（1.5）初始化

• 初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由 JVM 主导。
• 到了初始化阶段，才开始真正执行类中定义的 Java 程序代码。

类构造器

• 初始化阶段是执行类构造器方法的过程。
• 方法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。
• 虚拟机会保证子方法执行之前，父类的方法已经执行完毕，如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块，那么编译器可以不为这个类生成()方法。
• 注意以下几种情况不会执行类初始化：
• （1）通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
• （2）定义对象数组，不会触发该类的初始化。
• （3）常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触发定义常量所在的类。
• （4）通过类名获取 Class 对象，不会触发类的初始化。
• （5）通过 Class.forName 加载指定类时，如果指定参数 initialize 为 false 时，也不会触发类初始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。
• （6）通过 ClassLoader 默认的 loadClass 方法，也不会触发初始化动作。

 

 

（2）类加载器

虚拟机设计团队把加载动作放到 JVM 外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类，JVM 提供了3种类加载器：

• 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)
  • 负责加载 JAVA_HOME/lib 目录中的，或通过-X：bootclasspath参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如 rt.jar）的类。
• 扩展类加载器(Extension ClassLoader)
  • 负责加载 JAVA_HOME/libext 目录中的，或通过 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库。
• 应用程序类加载器(Application ClassLoader)：
• 负责加载用户路径（classpath）上的类库。JVM 通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。

 

（3）双亲委派

• 当一个类收到了类加载请求，
  • 首先不会尝试自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类去完成，每一个层次类加载器都是如此。因此所有的加载请求都应该传送到启动类加载器中。
  • 只有当父类加载器反馈自己无法完成这个请求的时候（在它的加载路径下没有找到所需加载的Class），子类加载器才会尝试自己去加载。
• 采用双亲委派的一个好处
• 比如加载位于rt.jar包中的类 java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，
• 这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个 Object 对象。

 

 

JVM 中类的装载是由类加载器（ClassLoader）和它的子类来实现的，Java 中各类加载器是一个重要的 Java 运行时系统组件，它负责在运行时查找和装入类文件中的类。

由于 Java 的跨平台性，经过编译的 Java 源程序并不是一个可执行程序，而是一个或多个类文件。当 Java 程序需要使用某个类时，JVM 会确保这个类已经被加载、连接（验证、准备和解析）和初始化。类的加载是指把类的.class 文件中的数据读入到内存中，通常是创建一个字节数组读入.class 文件，然后产生与所加载类对应的 Class 对象。

加载完成后，Class 对象还不完整，所以此时的类还不可用。当类被加载后就进入连接阶段，这一阶段包括验证、准备（为静态变量分配内存并设置默认的初始值）和解析（将符号引用替换为直接引用）三个步骤。最后 JVM 对类进行初始化，包括：1)如果类存在直接的父类并且这个类还没有被初始化，那么就先初始化父类；2)如果类中存在初始化语句，就依次执行这些初始化语句。

类的加载是由类加载器完成的，类加载器包括：根加载器（BootStrap）、扩展加载器（Extension）、系统加载器（System）和用户自定义类加载器（java.lang.ClassLoader 的子类）。

从 Java 2（JDK 1.2）开始，类加载过程采取了父亲委托机制（PDM）。PDM 更好的保证了 Java 平台的安全性，在该机制中，JVM 自带的Bootstrap 是根加载器，其他的加载器都有且仅有一个父类加载器。类的加载首先请求父类加载器加载，父类加载器无能为力时才由其子类加载器自行加载。JVM 不会向 Java 程序提供对 Bootstrap 的引用。下面是关于几个类

加载器的说明：

（1）Bootstrap：一般用本地代码实现，负责加载 JVM 基础核心类库（rt.jar）；

（2）Extension：从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库，它的父加载器是 Bootstrap；

（3）System：又叫应用类加载器，其父类是 Extension。它是应用最广泛的类加载器。它从环境变量 classpath 或者系统属性

java.class.path 所指定的目录中记载类，是用户自定义加载器的默认父加载器。