1、前言

JVM內(nèi)部架構(gòu)包含類加載器、內(nèi)存區(qū)域、執(zhí)行引擎等。日常開發(fā)中，我們編寫的java文件被編譯成class文件后，jvm會(huì)進(jìn)行加載并運(yùn)行使用類。本次僅對(duì)JVM加載部分進(jìn)行分析，了解并掌握加載機(jī)制。

2、類加載是什么

類加載是一種過(guò)程，是將class文件加載到j(luò)vm內(nèi)存的過(guò)程。當(dāng)代碼邏輯中需要引用類時(shí)，通過(guò)類加載器加載引用類對(duì)象并存放堆中，以供代碼調(diào)用。

3、類加載過(guò)程

注：類加載過(guò)程包含 加載、鏈接（驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析）、初始化

3.1 加載

加載：將類的class字節(jié)碼文件讀到內(nèi)存，將其存放到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)，然后在堆區(qū)生成class對(duì)象，封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。（方法區(qū)-》數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，堆區(qū)-》class對(duì)象）

過(guò)程：java文件-》通過(guò)java c編譯成字節(jié)碼.class文件-》引導(dǎo)類加載器（裝載核心類庫(kù)）-》擴(kuò)展類加載器（將指定目錄jar包裝載至工作庫(kù)）-》系統(tǒng)類加載器（將指定目錄的類和jar包裝載至工作庫(kù)，常用）-》自定義類加載器（實(shí)現(xiàn)加載指定類或自定義加密等操作）

緩存：類加載到j(luò)vm后，會(huì)緩存一段時(shí)間（不管是否被引用），待jvm執(zhí)行垃圾回收時(shí)才會(huì)回收未使用的緩存類，釋放空間。

類加載器：

• 啟動(dòng)類加載器：Bootstrap ClassLoader由C/C++實(shí)現(xiàn)，嵌套在JVM中，java程序無(wú)法直接操作；負(fù)責(zé)加載Java核心類庫(kù)（$JAVA_HOME中jre/lib目錄下或-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑目錄下，如java.*開頭的類）的class文件。
• 擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader由Java編寫，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)。加載java平臺(tái)擴(kuò)展的jar包，負(fù)責(zé)加載（java.ext.dirs目錄或$JAVA_HOME中jre/lib/ext目錄，如javax.開頭的類）的class文件。
• 應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader由Java編寫，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實(shí)現(xiàn)。負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（classpath）的class文件，java程序一般默認(rèn)使用應(yīng)用程序類加載器。
• 自定義類加載器：一般情況下java程序使用上面三種類加載器就滿足了，一些特殊情況下，我們需要自定義加載指定路徑的類時(shí)，就需要繼承java.lang.ClassLoader類，重寫find Class或loadClass均可實(shí)現(xiàn)。（類隔離實(shí)踐中就采用此方案）

類加載機(jī)制

• 全盤負(fù)責(zé)：當(dāng)加載器加載某個(gè)class時(shí)，該class所引用的其他class也一并被加載（自定義加載class除外）；
• 緩存機(jī)制：所有加載過(guò)的class均被緩存，當(dāng)程序中使用某個(gè)class時(shí)，優(yōu)先從緩存區(qū)中獲取，如果緩存區(qū)不存在，才會(huì)讀取該class的字節(jié)碼文件，加載為class對(duì)象，并存入緩存區(qū)，以便后續(xù)使用。（修改class后，需要重啟jvm才會(huì)生效）
• 雙親委派：是一種類加載安全機(jī)制，當(dāng)類加載器需要加載某個(gè)class文件時(shí)，會(huì)優(yōu)先把加載委托給父類加載器處理，如果加載成功則返回，否則繼續(xù)向上委托直至最頂層類加載器，當(dāng)父類加載器在加載范圍內(nèi)均沒(méi)有找到所需class文件，即表示無(wú)法完成加載，此時(shí)子加載器才會(huì)去加載。（先向上委托父類加載器處理，都失敗后在自己再加載）
• 反向委派：主要是用于第三方包加載，第三方包的類不在jdk/lib目錄，所以Bootstrap ClassLoader引導(dǎo)類加載器無(wú)法直接加載SPI（Service Provider Interface,服務(wù)提供者接口）的實(shí)現(xiàn)類，雙親委派機(jī)制中定義無(wú)法反向委托Application Classloader系統(tǒng)加載器加載，因此需要一種特殊的ContextClassLoader線程上下文類加載器來(lái)加載第三方的類庫(kù)。（*** 此處SPI接口后續(xù)文章分析 ***）

加載實(shí)現(xiàn)方式

?/*
??*?類加載方式
??*?1、類加載器，此方式加載的class對(duì)象還沒(méi)有完成鏈接階段
??*?2、java.lang.Class，此方式加載的class對(duì)象是完成初始化的
??*?*/
?ClassLoader?classLoader?=?ClassSegregationTest.class.getClassLoader();
?classLoader.loadClass("com.lgy.example.class_segregation.SegregationTestA");
?//?默認(rèn)初始化class對(duì)象
?Class.forName("com.lgy.example.class_segregation.SegregationTestA");
?//?默認(rèn)不初始化，并且指定類加載器進(jìn)行加載
?Class.forName("com.lgy.example.class_segregation.SegregationTestA",?false,?classLoader);

3.2 鏈接

鏈接是將java二進(jìn)制代碼合并至jvm運(yùn)行的過(guò)程。

鏈接過(guò)程可分為 驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析 三個(gè)階段。

驗(yàn)證

保證正確加載類，包括文件格式驗(yàn)證（Class文件格式的規(guī)范）、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證（Java語(yǔ)言規(guī)范）、字節(jié)碼驗(yàn)證（通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流分析）、符號(hào)引用驗(yàn)證。

準(zhǔn)備

• 在方法區(qū)為靜態(tài)變量（static修飾）分配內(nèi)存，并設(shè)置類變量初始值（通常是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值，如0,0L,null,false等）。
• 顯示賦值是在類對(duì)象實(shí)例化時(shí)處理（即 public static int x=10，準(zhǔn)備階段初始值為0，在對(duì)象實(shí)例化時(shí)，才被賦值10）

解析

• 虛擬機(jī)中將常量池的符號(hào)引用（常量名）替換為直接引用（目標(biāo)的指針地址）的過(guò)程；
• 符號(hào)引用的目標(biāo)不一定在內(nèi)存中，但常量名（或稱字面量）是明確定義在jvm規(guī)范的class文件格式中。
• 直接引用是指向目標(biāo)的指針地址、相對(duì)偏移量或間接定位到目標(biāo)的句柄，是肯定在內(nèi)存中。

3.3 初始化

執(zhí)行每個(gè)類的構(gòu)造方法init()的過(guò)程，init()方法是java編譯器自動(dòng)收集、合并所有類變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)代碼塊語(yǔ)句，完成初始化。

初始化步驟

• 類未被加載或鏈接，則程序先加載并鏈接該類
• 優(yōu)先初始化直接父類，再執(zhí)行子類初始化
• 依次執(zhí)行類中的初始化語(yǔ)句

初始化條件（只有對(duì)類主動(dòng)使用時(shí)才會(huì)初始化類）

• 創(chuàng)建類實(shí)例（new Class）
• 類或接口靜態(tài)變量的引用或賦值
• 類靜態(tài)方法的調(diào)用
• 反射加載（Class.forName('')）
• 子類被初始化，其父類也會(huì)被初始化
• jvm啟動(dòng)時(shí)被標(biāo)記啟動(dòng)類的類，或直接java.exe命令運(yùn)行指定類

演示代碼如下:

?/**
?*?定義父類與子類
?*/
?class?Parent?{
??public?static?int?a?=?10;
??static?{
???System.out.println("?父類初始化?");
??}
?}
?class?Children?extends?Parent{
??public?static?int?a?=?100;
??static?{
???System.out.println("?子類初始化?");
??}
?}
?public?static?void?main(String[]?args)?throws?Exception?{
??//?子類沒(méi)有定義變量a?（?public?static?int?a?=?100;）
????System.out.println(Children.a);?//?輸出?--??父類初始化?--?10?
????//?主動(dòng)調(diào)用時(shí)才會(huì)執(zhí)行類的靜態(tài)塊
????-----------------------------------------
????//?子類定義變量a?
????System.out.println(Children.a);?//?輸出?--?父類初始化?--?子類初始化??--?100?
??//?子類被初始化時(shí)，優(yōu)先初始化父類，所以父類靜態(tài)塊執(zhí)行；調(diào)用變量a屬于子類定義，屬于主動(dòng)調(diào)用，所以子類靜態(tài)塊執(zhí)行
?}

調(diào)試輸出加載對(duì)象（VM options 中添加 -XX:+TraceClassLoading）

• [Loaded com.lgy.example.class_segregation.Parent from file:/E:/dataway-demo/example/target/classes/]
• [Loaded com.lgy.example.class_segregation.Children from file:/E:/dataway-demo/example/target/classes/]

僅在首次主動(dòng)使用才會(huì)被初始化。

4、總結(jié)

以上就是關(guān)于自定義類加載器、加載過(guò)程的全部?jī)?nèi)容。

本文是針對(duì)于類隔離實(shí)現(xiàn)之自定義類加載器的擴(kuò)展，對(duì)于應(yīng)用中類加載階段的進(jìn)一步分析。

通過(guò)本文的分析可以了解到類加載過(guò)程及涉及到的jvm中的模塊，在整理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有些細(xì)節(jié)還需要擴(kuò)展，所以還尚未成功，還需持續(xù)跟進(jìn)。

到此這篇關(guān)于JVM分析之類加載機(jī)制詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM類加載機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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