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JVM類加載機(jī)制原理及用法解析

更新時(shí)間：2019年10月25日 14:38:00 作者：時(shí)間-海

這篇文章主要介紹了JVM類加載機(jī)制原理及用法解析,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

一、JVM 類加載機(jī)制

JVM 類加載機(jī)制分為五個(gè)部分：加載，驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析，初始化，下面我們就分別來看一下這五個(gè)過程。

1. 加載：

　　加載是類加載過程中的第一個(gè)階段，這個(gè)階段會(huì)在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的 java.lang.Class 對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的入口。注意這里不一定非得要從一個(gè) Class 文件獲取，這里既

可以從 ZIP 包中讀?。ū热鐝?jar 包和 war 包中讀?。?，也可以在運(yùn)行時(shí)計(jì)算生成（動(dòng)態(tài)代理），也可以由其它文件生成（比如將 JSP 文件轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的 Class 類）。

2. 驗(yàn)證：

　　這一階段的主要目的是為了確保 Class 文件的字節(jié)流中包含的信息是否符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。

3. 準(zhǔn)備：

　　準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量的初始值階段，即在方法區(qū)中分配這些變量所使用的內(nèi)存空間。注意這里所說的初始值概念，比如一個(gè)類變量定義為：

public static int v = 8080;

實(shí)際上變量 v 在準(zhǔn)備階段過后的初始值為 0 而不是 8080，將 v 賦值為 8080 的 put static 指令是程序被編譯后，存放于類構(gòu)造器<client>方法之中。

　　但是注意如果聲明為：

public static final int v = 8080;

在編譯階段會(huì)為 v 生成 ConstantValue 屬性，在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)會(huì)根據(jù) ConstantValue 屬性將 v賦值為 8080。

4. 解析：

　　解析階段是指虛擬機(jī)將常量池中的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。符號(hào)引用就是 class 文件中的：

1. CONSTANT_Class_info

2. CONSTANT_Field_info

3. CONSTANT_Method_info

等類型的常量。

符號(hào)引用：符號(hào)引用與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的布局無關(guān)，引用的目標(biāo)并不一定要已經(jīng)加載到內(nèi)存中。各種虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局可以各不相同，但是它們能接受的符號(hào)引用必須是一致的，因?yàn)榉?hào)引用的字面量形式明確定義在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范的 Class 文件格式中。

直接引用：直接引用可以是指向目標(biāo)的指針，相對(duì)偏移量或是一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄。如果有了直接引用，那引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。

5. 初始化：

初始化階段是類加載最后一個(gè)階段，前面的類加載階段之后，除了在加載階段可以自定義類加載器以外，其它操作都由 JVM 主導(dǎo)。到了初始階段，才開始真正執(zhí)行類中定義的 Java 程序代碼。

初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器<client>方法的過程。<client>方法是由編譯器自動(dòng)收集類中的類變量的賦值操作和靜態(tài)語句塊中的語句合并而成的。虛擬機(jī)會(huì)保證子<client>方法執(zhí)行之前，父類的<client>方法已經(jīng)執(zhí)行完畢，如果一個(gè)類中沒有對(duì)靜態(tài)變量賦值也沒有靜態(tài)語句塊，那么編譯器可以不為這個(gè)類生成<client>()方法。

注意以下幾種情況不會(huì)執(zhí)行類初始化：

　　1. 通過子類引用父類的靜態(tài)字段，只會(huì)觸發(fā)父類的初始化，而不會(huì)觸發(fā)子類的初始化。

　　2. 定義對(duì)象數(shù)組，不會(huì)觸發(fā)該類的初始化。

　　3. 常量在編譯期間會(huì)存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上并沒有直接引用定義常量的類，不會(huì)觸發(fā)定義常量所在的類。

　　4. 通過類名獲取 Class 對(duì)象，不會(huì)觸發(fā)類的初始化。

　　5. 通過 Class.forName 加載指定類時(shí)，如果指定參數(shù) initialize 為 false 時(shí)，也不會(huì)觸發(fā)類初始化，其實(shí)這個(gè)參數(shù)是告訴虛擬機(jī)，是否要對(duì)類進(jìn)行初始化。

　　6. 通過 ClassLoader 默認(rèn)的 loadClass 方法，也不會(huì)觸發(fā)初始化動(dòng)作。

二、類加載器

1. 啟動(dòng)類加載器(Bootstrap ClassLoader)

　　負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib 目錄中的，或通過-Xbootclasspath 參數(shù)指定路徑中的，且被虛擬機(jī)認(rèn)可（按文件名識(shí)別，如 rt.jar）的類。

2. 擴(kuò)展類加載器(Extension ClassLoader)

　　負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的，或通過 java.ext.dirs 系統(tǒng)變量指定路徑中的類庫(kù)。

3. 應(yīng)用程序類加載器(Application ClassLoader)：

　　負(fù)責(zé)加載用戶路徑（classpath）上的類庫(kù)。 JVM 通過雙親委派模型進(jìn)行類的加載，當(dāng)然我們也可以通過繼承 java.lang.ClassLoader實(shí)現(xiàn)自定義的類加載器。

三、雙親委派

當(dāng)一個(gè)類收到了類加載請(qǐng)求，他首先不會(huì)嘗試自己去加載這個(gè)類，而是把這個(gè)請(qǐng)求委派給父類去完成，每一個(gè)層次類加載器都是如此，因此所有的加載請(qǐng)求都應(yīng)該傳送到啟動(dòng)類加載其中，只有當(dāng)父類加載器反饋?zhàn)约簾o法完成這個(gè)請(qǐng)求的時(shí)候（在它的加載路徑下沒有找到所需加載的Class），子類加載器才會(huì)嘗試自己去加載。

采用雙親委派的一個(gè)好處是比如加載位于 rt.jar 包中的類 java.lang.Object，不管是哪個(gè)加載器加載這個(gè)類，最終都是委托給頂層的啟動(dòng)類加載器進(jìn)行加載，這樣就保證了使用不同的類加載器最終得到的都是同樣一個(gè) Object 對(duì)象。