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JVM类文件加载原理

JVM类文件加载原理

作者: 刘一一同学 | 来源:发表于2019-09-15 09:09 被阅读0次

    1. 文件加载过程

    装载(Load),链接(Link)和初始化(Initialize),链接又分为三个步骤,如下图所示:

    1.1 装载

    类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中,将其放在运行时数据区的方法区内,然后在堆区创建一个这个类的Java.lang.Class对象,用来封装类在方法区类的对象,如下图所示:

    加载类的方式有以下几种:

    • 从本地系统直接加载。
    • 通过网络下载.class文件。
    • 从zip,jar等归档文件中加载.class文件。
    • 从专有数据库中提取.class文件。
    • 将Java源文件动态编译为.class文件(服务器)。

    1.2 链接

    • 验证:确保被加载类的正确性。
    • 准备:为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值。
    • 解析:把类中的符号引用转换为直接引用。

    那为什么要有验证这一步骤呢?首先如果由编译器生成的class文件,它肯定是符合JVM字节码格式的,但是万一有高手自己写一个class文件,让JVM加载并运行,用于恶意用途,就不妙了,因此这个class文件要先过验证这一关,不符合的话不会让它继续执行的,也是为了安全考虑吧。

    准备阶段和初始化阶段看似有点矛盾,其实是不矛盾,如果类中有语句:private static int a = 10,它的执行过程是这样的,首先字节码文件被加载到内存后,先进行链接的验证这一步骤,验证通过后准备阶段,给a分配内存,因为变量a是static的,所以此时a等于int类型的默认初始值0,即a=0,然后到解析(后面在说),到初始化这一步骤时,才把a的真正的值10赋给a,此时a=10。

    1.3 初始化

    初始化是为类的静态变量赋予正确的初始值。只有以下6种情况才会导致类的类的初始化:

    1. 创建类的实例,也就是new一个对象。
    2. 访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值。
    3. 调用类的静态方法。
    4. 反射(Class.forName("com.lyj.load"))。
    5. 初始化一个类的子类(会首先初始化子类的父类)。
    6. JVM启动时标明的启动类,即文件名和类名相同的那个类。

    类的初始化步骤:

    • 如果这个类还没有被加载和链接,那先进行加载和链接。
    • 假如这个类存在直接父类,并且这个类还没有被初始化(注意:在一个类加载器中,类只能初始化一次),那就初始化直接的父类(不适用于接口)
    • 加入类中存在初始化语句(如static变量和static块),那就依次执行这些初始化语句。

    2. 加载器

    JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的,类的层次关系和加载顺序可以由下图来描述:

    • Bootstrap ClassLoader:负责加载$JAVA_HOMEjre/lib/rt.jar里所有的class,由C++实现,不是ClassLoader子类。

    • Extension ClassLoader:负责加载java平台中扩展功能的一些jar包,包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包。

    • App ClassLoader:负责加载classpath中指定的jar包及目录中class。

    • Custom ClassLoader:属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader,如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader加载过程中会先检查类是否被已加载,检查顺序是自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查,只要某个classloader已加载就视为已加载此类,保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下,也就是由上层来逐层尝试加载此类。

    双亲委派机制
    JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲,就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委托给父类加载器,依次递归,如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回;只有父类加载器无法完成此加载任务时,才自己去加载。

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