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概述java虛擬機中類的加載器及類加載過程

更新時間：2021年04月15日 11:32:33 作者：丑B

這篇文章主要介紹了概述java虛擬機中類的加載器及類加載過程,文中有非常詳細(xì)的代碼示例,對正在學(xué)習(xí)java的小伙伴們有非常好的幫助,需要的朋友可以參考下

1. 類加載子系統(tǒng)

1.1 概述

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類加載子系統(tǒng)負(fù)責(zé)從文件系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)中加載Class文件，Class文件在文件開頭有特定的文件標(biāo)識

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ClassLoader只負(fù)責(zé)class文件的加載，至于它是否可以運行，則由Execution Engine 決定
加載的類信息存放于一塊成為：方法區(qū)的內(nèi)存空間，除了類的信息外，方法區(qū)中還會存放運行時常量池信息，可能還包括字符串字面量和數(shù)字常量（這部分常量信息是Class文件中常量池部分的內(nèi)存映射）

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字節(jié)碼中的常量池加載到方法區(qū) -----> 運行時常量池信息

1.2 類的加載器

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Class file（字節(jié)碼文件）存在與本地磁盤上（硬盤），字節(jié)碼文件在執(zhí)行的時候是需要被加載到JVM的方法區(qū)中，再根據(jù)方法區(qū)中的這個類對象實例化出n個一模一樣的實例
Class file 加載到JVM中，被稱為DNA元數(shù)據(jù)模板，放在方法區(qū)。
在Class文件 --> JVM -->最終成為元數(shù)據(jù)模板，此過程就要一個運輸工具（類加載器 Class Loader），扮演一個快遞員的角色。

2.類的加載過程

2.1 類的加載過程簡圖

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2.2 加載階段：Loading

通過一個類的全限定名獲取定義此類的二進制字節(jié)流
將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在內(nèi)存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口

小補充：加載字節(jié)碼文件（.class）的方式

本地系統(tǒng)直接加載
網(wǎng)絡(luò)獲?。篧eb Applet
jar、war包
動態(tài)代理：運行時計算生成…

2.3 鏈接階段：Linking

驗證（Verify）

目的在于確保Class文件的字節(jié)流中包含信息符合當(dāng)前虛擬機要求，保證被加載類的正確性，不會危害虛擬機自身安全
主要包括四種驗證：文件格式驗證、元數(shù)據(jù)驗證、字節(jié)碼驗證、符號引用驗證

準(zhǔn)備（Prepare）

為類變量分配內(nèi)存并且設(shè)置該類變量的默認(rèn)初始值，即“零值”

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（在準(zhǔn)備階段 a = 0，到下一個階段（初始化階段）a = 1）
（不同的數(shù)據(jù)類型的變量默認(rèn)值不一樣，如 int =0 ,引用類型 = null）

這里不包含用final 修飾的static，因為final 在編譯的時候就會分配了，準(zhǔn)備階段會顯示初始化（final修飾的變量是：常量）
這里不會為實例變量分配初始化，類變量會分配在方法區(qū)中，而實例變量是會隨著對象一起分配到Java堆中

解析（Resolve）

將常量池內(nèi)的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過程
事實上，解析操作往往會伴隨著JVM在執(zhí)行完初始化之后再執(zhí)行
符號引用：一組符號來描述所引用的目標(biāo)。符號引用的字面量形式明確定義在《Java 虛擬機規(guī)范》的Class 文件格式中
直接引用：直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或者一個間接定位到目標(biāo)的句柄
解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等。對應(yīng)常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

2.4 初始化階段：initialization

初始化階段就是執(zhí)行類構(gòu)造器方法 clinit（）的過程，此方法不需要定義，是javac 編譯器自動收集類中的所有了變量的賦值動作和靜態(tài)代碼塊中的語句合并而來

例子1：

public class Test {
    private static int a=2;
    private static int b=20;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
    }
}

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例子2：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("測試一下");
    }
}

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構(gòu)造器方法中指令按語句在源文件中出現(xiàn)的順序執(zhí)行
clinit() 方法不同于類的構(gòu)造器。（關(guān)聯(lián)：構(gòu)造器是虛擬機視角下的 init()）
若該類具有父類，JVM會保證子類的 clinit () 執(zhí)行前，父類的 clinit () 已經(jīng)執(zhí)行完畢
虛擬機必須保證一個類的 clinit () 方法在多線程下被同步加鎖，虛擬機只會調(diào)用一次 clinit 方法，保證類只被加載一次

3.幾種類的加載器

JVM支持兩種類型的類加載器，分別為引導(dǎo)類加載器（Bootstrap ClassLoader）和自定義類加載器（User-Defined ClassLoader）
從概念上來講，自定義類加載器一般指的是程序中由開發(fā)人員自定義的一類類加載器，但是Java虛擬機規(guī)范并沒有這么定義，而是將所有派生于抽象類ClassLoader的類加載器都劃分為自定義類加載器（除了Bootstrap ClassLoader其他的都為自定義類加載器）
無論類加載器的類型如何劃分，在程序中，我們最常見的類加載器始終只有3個，如下所示：

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代碼：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 :應(yīng)用類加載器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@34a245ab ：擴展類加載器
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);//null ：引導(dǎo)類加載器：非Java語言實現(xiàn)

        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        
         ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null
    }
}

3.1 引導(dǎo)類加載器：

BootstrapClassLoader 這個類加載器使用 C/C++語言實現(xiàn)，嵌套在JVM內(nèi)部
它用來加載Java 的核心類庫（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar 或 sun.boot.class.path路徑下的內(nèi)容），用于提供JVM自身需要的類
并不繼承自 java.lang.ClassLoader ，沒有父類加載器
加載擴展類和應(yīng)用程序類加載器，并指定為他們的父類加載器
出于安全考慮，Bootstrap 啟動類加載器只加載包名為 java 、javax、sun等開頭的類

3.2 擴展類加載器：ExtensionClassLoader

Java 語言編寫，派生于ClassLoader類
父類加載器為：啟動類加載器
從 java.ext.dirs系統(tǒng)屬性所指定的目錄中加載類庫，或從JDK的安裝目錄的jre/lib/ext子目錄（擴展目錄）下加載類庫，如果用戶創(chuàng)建的jar包放在此目錄下，也會自動由擴展類加載器進行加載

3.3 應(yīng)用程序類加載器：AppClassLoader

java語言編寫，派生于 ClassLoader
父類加載器為 ExtensionClassLoader
負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量classpath或者系統(tǒng)屬性 java.class.path 指定路徑下的類庫
該類加載器是程序中默認(rèn)的類加載器，一般來說，Java應(yīng)用的類都是由它來完成加載
通過ClassLoader # getSystemClassLoader()方法可以獲取到該類加載器

3.4 用戶自定義類加載器

在Java 的日常應(yīng)用程序開發(fā)中，類的加載幾乎是由上述3種類加載器相互配合執(zhí)行的，在必要的時候，我們還可以自定義類加載器，來定制類的加載方式

為什么要用自定義類加載器呢？

隔離加載類
修改類加載的方式
擴展加載源
防止源碼泄漏

用戶自定義類加載器實現(xiàn)步驟

通過繼承抽象類 java.lang.ClassLoader 類的方式，實現(xiàn)自己的類加載器，以滿足一些特殊的需求
JDK1.2之前，總會去繼承ClassLoader類并重寫loadClass()方法，從而實現(xiàn)自定義的類加載器，但是在JDK1.2之后，已不再建議去覆蓋loadClass()方法，而是建議把自定義的類加載邏輯寫在 findClass()方法中
如果對于類加載器沒有太過于復(fù)雜的需求，可以通過直接繼承 URLClassLoader類，這樣就可以避免自己去編寫findClass()方法及其獲取字節(jié)碼流的方式，使自定義類加載器編寫更加簡潔

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