JVM系列【3】Class文件加载过程

JVM系列笔记目录

• 虚拟机的基础概念
• class文件结构
• class文件加载过程
• jvm内存模型
• JVM常用指令
• GC与调优

Class文件加载过程

JVM加载Class文件主要分3个过程：Loading 、Linking、Initialzing

1.Loading

Loading的过程就是通过类加载器将.class文件加载到jvm内存中过程。需要理解双亲委派机制、类加载器ClassLoader，加载过程如下。

ClassLoader

不同的类加载器加载范围不一样，以Java8中的为例。

• BootClassLoader 加载范围sun.boot.class.paht
• ExtClassLoader 加载范围java.ext.dirs
• AppClassLoader 加载范围java.class.path
• CustomClassLoader 可自定义加载范围

前三个加载器来自JDK的Launcher类，三个ClassLoader作为Launcher的内部类，感兴趣可以查看下源码。

开发者也可以自定义的ClassLoader，自定义记载范围。

双亲委派机制

自底向上检查该类是否已经加载，parent方向；自顶向下进行类的实际查找和加载，child方向。
类的加载遵循双亲委派机制，主要是出于安全的考虑。双亲委派机制是如何实现的，下面源码会解释。

注意：双亲委派中存在所谓的父加载器并不是加载器的加载器，只是翻译的问题，别混淆了类的继承概念。

ClassLoader源码

ClassLoader源码中比较重要的一个函数是loadClass()，执行过程是：findLoadedClass()->parrent.loadClass()->findClass(),第一步是自底向上查询是否已经加载，第二步是自顶向下查找加载类。这里就规定或是说实现了双亲委派机制。详细见ClassLoader的源码。

自定义ClassLoader

如何自定义ClassLoader？可以继承ClassLoader类，重新自己的findClass(),在里面调用defineClass()来实现自定义加载特定范围的类。

如何打破双亲委派机制，哪种情形下打破过？

从上面的ClassLoader源码中大概能看出是如何实现了双亲委派机制的，从这入手可以通过2种方式打破该机制：

1. super(parent)指定parent会打破该机制
2. 自定义ClassLoader重写loadClass()也可以打破

何时打破过？双亲委派机制并不是不能打破，某些特殊场景下也会选择打破该机制。

1. JDK 1.2之前，自定义ClassLoader必须重写loadClass()，打破过。
2. 线程ThreadContextClassLoader可以实现基础类调用实现类代码，通过thread.setContextClassLoader指定。
3. 热启动热部署，如tomcat都有自己模块指定的classloader，可以加载同一类库的不同版本。

Class执行方式

Class执行方式分为3种：解释执行、编译执行、混合执行，各有优缺点，可通过参数指定。

• 1.解释执行：使用bytecode intepreter 解释器解释执行，该模式启动很快，执行稍慢，可通过-Xint参数指定该模式。
• 2.编译执行：使用 Just in time Complier JIT编译器编译执行，该模式执行很快，编译很慢，可通过-Xcomp参数指定该模式。
• 3.混合执行：默认的模式，解释器+热点代码编译，开始解释执行，启动较快，对热点代码进行实时监测和编译成本地代码执行，可通过-Xmixed参数指定该模式。

热点代码监测：多次被调用的方法用方法计数器，多次被调用的循环用循环计数器，可通过参数-XX:CompileThreshold = 10000指定触发JIT编译的阈值。

2.Linking

Linking链接的过程分3个阶段：Vertification、Preparation、Resolution。

• Vertification： 验证Class文件是否符合JVM规定。
• Preparation：给静态成员变量赋默认值
• Resolution：将类、方法、属性等符号引用解释为直接引用；常量池中的各种符号引用解释为指针、偏移量等内存地址的直接引用

3. Initializing

调用初始化代码clint,给静态成员变量赋初始值。

这里可以了解下必须初始化的5种情况：

• new getstatic putstatic invokestatic指令，访问final变量除外
• java.lang.reflect对类进行反射调用时
• 初始化子类的时候，父类必须初始化
• 虚拟机启动时，被执行的主类必须初始化
• 动态语言支持java.lang.invoke.MethodHandler解释的结果为REF_getstatic REF_putstatic REF_invokestatic的方法句柄时，该类必须初始化。

4.总结思考

设计模式中单例模式的双重检查的实现，INSTANCE是否需要加valatile？

public class Mgr06 {
    // 是否需要加volatile?
    private static volatile Mgr06 INSTANCE;

    private Mgr06() {
    }

    public static Mgr06 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            //双重检查
            synchronized (Mgr06.class) {
                if(INSTANCE == null) {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // new 了对象，不为null,但未完成变量的初始化复制，对象处于半初始化状					态，其它线程有可能取到半初始化的对象。
                    INSTANCE = new Mgr06();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

个人认为是需要加的。思考方向， class文件load到内存，给静态变量赋默认值，再赋初始值，new 对象的时候，首先要申请内存空间，然后给成员变量赋默认值，接下来给成员变量赋初始值，这个过程中对象有可能处于半初始化状态，多线程并发下别的线程有可能取到半初始化的对象，加volatile可保证线程的可见性。

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