JVM学习笔记（一）-类加载器

类加载器

一、简介

• 负责从文件系统或者网络中加载Class文件，Class文件在文件开头有特定的文件标识

• ClassLoader只负责class文件的加载，能否运行由Execution Engine（执行引擎）决定

• 加载的类信息存放在方法区。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

二、类的加载过程

1、加载

• 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
• 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、验证

• 确保CLass文件符合当前虚拟机要求，保证加载类的正确性，不会危害虚拟机的安全
• 主要为四种验证方式：文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证

3、准备

• 为类变量分配内存，并给当前加载类变量赋予初始值，初始值都是基本数据类型默认值
• 不包含final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配内存了， 准备阶段会显式初始化
• 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

4、解析

• 将常量池的符号引用转换成直接引用
• 执行完初始化之后再执行
• 符号引用就是一组符号来描述引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义再 《java虚拟机规范》的class文件格式中。直接引用的是直接指向目标的指针、相对偏移量或者一个间接定位到目标的句柄
• 解析动则主要针对、字段、类方法、接口方法、方法类型等

5、初始化

• 初始化就是执行类构造器 () 的过程

• 方法不需要自定义， 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中的语句合并而来

• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行

• 构造器方法中指令按语句在源文件中的顺序来执行

• 子类的()方法一定在父类的()之后执行

• 虚拟机保证一个类的()犯法在多线程下被同步加锁

2、3、4阶段都是属于链接阶段

三、类的加载器

1、概念

• JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)和自定义类加载器（User-Defined classLoader)。
• 从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，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。
• 无论类加载器的类型如何划分，在程序 中我们最常见的类加载器始终只有3个， 引导类加载器、扩展类加载器、系统类加载器。对用用户自定义类来说，默认使用系统类加载器进行加载

// 获取系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(class); 
// 获取上层：拓展类加载器
ClassLoader extClassLoader = systemLoader.getParent();
System.out.println(class); 
// 获取更上层：引导类加载器
ClassLoader bootClassLoader = extClassLoader.getParent();
System.out.println(class); //输出为 null
// 对用用户自定义类来说
ClassTestLoader class = ClassTestLoader.class.getClassLoader();
System.out.println(class); //输出为 systemLoader相同引用地址
ClassLoader stringClassLoader = String.class.getParent();
System.out.println(stringClassLoader); //输出为null

java的核心类库都是用引导类加载器加载的

bootstrap ClassLoader是用c/c++编写的，无法获取

2、启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap classLoader)

• 这个类加载使用c/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。它用来加载Java的核心库（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
• 并不继承自java.lang.classLoader，没有父加载器。
• 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。
• 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

3、扩展类加载器(extension classLoader)

• Java语言编写，由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系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的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。

4、双亲委派机制

java虚拟机对class文件采用的是 按需加载的方式，也就是说当需要使用该类的使用才会将他的class文件加载到内存生成class对象。斌且加载莫格勒的class文件时，java虚拟机采用的是 双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式

（1）工作原理

① 如果一个类在加载收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父亲的加载器去执行

② 如果父加载器还存在父类加载器，则进一步向上委托，一次递归，请求最终将达到顶层的启动类加载器

③ 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

（2）优势

• 避免类的重复加载

• 保护程序安全，防止核心API被篡改

  • 如：使用自定义类：java.lang.String 篡改核心API中的java.lang.String类。报错找不到main方法
  • 如：使用自定义类：java.lang.StringCheck，自定义一个类，试图使用引导类加载器加载。报错 java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang

5、沙箱安全机制

自定义string类，但是在加载自定义string类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中除先加载jdk自带的文件(rt.jar包中java\lang \string.class)，报错信息说没有main方法，就是因为加载的是rt.jar包中的string类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

四、其他补充

• 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:

  • 类的完整类名必须一致，包括包名。
  • 加载这个类的classLoader(指classLoader实例对象)必须相同。

• 换句话说，在JVM中，即使这两个类对象(class对象)来源同一个class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的classLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。

• 对类的加载器的引用

  JVM必须知道一个类型是由启动加载器（引导类加载器）加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么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。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

• Java程序对类的使用方式分为: 主动使用和被动使用。

主动使用和被动使用的区别在于初始化阶段是否执行()

• 主动使用，又分为七种情况:

  • 创建类的实例

  • 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

  • 调用类的静态方法

  • 反射（比如:Class.forName ( "com.atguigu . Test") )

  • 初始化一个类的子类

  • Java虚拟机启动时被标明为启动类的类

  • JDK 7开始提供的动态语言支持:

    ​ java . lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果
    ​ REF_getstatic、REF_putstatic、REF_invokestatic句柄对应的类没有初始化，则初始化

• 除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。