• JVM类加载机制详解

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    第一节 JVM类加载机制详解

    JVM类加载机制详解

    前言

    本节对JVM类加载机制的相关内容进行介绍，包含类加载运行流程、类加载器、双亲委派机制等。

    一、类加载运行流程

    代码案例：

    package jvm;

public class Student {
    public static final int initData = 666;

    public int exam() {  //一个方法对应一块栈帧内存区域
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = (a + b) * 2;
        return c;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Student student = new Student();
        student.exam();
    }
}

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    上面的java代码该如何执行？

    1. 使用javac命令进行编译，将java代码转为字节码class文件
    2. 使用java命令执行字节码class文件

    java命令执行字节码文件的流程如下图所示：
    在这里插入图片描述

    loadClass的类加载步骤

    整体流程：加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载

    1. 加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件，使用到类时才会加载，例如调用类的main()方法，new对象等等，在加载阶段会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：校验字节码文件的正确性
    3. 准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
    4. 解析：将符号引用替换为直接引用，该阶段会把一些静态方法(符号引用，比如main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)，这是所谓的静态链接过程(类加载期间完成)，动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用
    5. 初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

    类被加载到方法区中后主要包含:运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用(这个类到类加载器实例的引用)、对应class实例的引用(类加载器在加载类信息放到方法区中后，会创建一个对应的Class 类型的对象实例放到堆(Heap)中, 作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点)等信息。

    注意:主类在运行过程中如果使用到其它类，会逐步加载这些类。jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。

    代码案例

    这是一个展示类的动态加载的代码示例，主要表现出了初始化阶段执行静态代码块以及使用到类时才进行加载。

    package jvm;

public class DynamicLoad {

    static {
        System.out.println("*************load DynamicLoad************");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Person();
        System.out.println("*************load main************");
        Product product = null;  //product不会加载，除非这里执行 new product()
    }
}

class Person {
    static {
        System.out.println("*************load Person************");
    }

    public Person () {
        System.out.println("*************initial Person************");
    }
}

class Product {
    static {
        System.out.println("*************load Product************");
    }

    public Product() {
        System.out.println("*************initial Product************");
    }
}

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    结果打印

    *************load DynamicLoad************
*************load Person************
*************initial Person************
*************load main************

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    二、类加载器

    类加载过程主要是通过类加载器来实现的，Java里有如下几种类加载器：

    • 引导类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如rt.jar、charsets.jar等
    • 扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包
    • 应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那些类
    • 自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包

    1、代码案例

    public class JDKClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());
        System.out.println(JDKClassLoaderTest.class.getClassLoader().getClass().getName());

        System.out.println();
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
        ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();

        System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
        System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
        System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);

        System.out.println();
        System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");
        URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
            System.out.println(urls[i]);
        }

        System.out.println();
        System.out.println("extClassloader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));

        System.out.println();
        System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

    }
}


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    结果打印

    null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader

the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4b67cf4d
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

bootstrapLoader加载以下文件：
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_201/jre/classes

extClassloader加载以下文件：
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext

appClassLoader加载以下文件：
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_201\jre\lib\rt.jar;D:\codes\PTA\target\classes;D:\TSBrowserDownloads\ideaIC-2021.1.3.win\lib\idea_rt.jar


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    2、JVM启动器Laucher实例

    构造函数源码分析

    //Launcher的构造方法
public Launcher() {
    Launcher.ExtClassLoader var1;
    try {
        //构造扩展类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为null
        var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
    } catch (IOException var10) {
        throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
    }

    try {
        //构造应用类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader，
        //Launcher的loader属性值是AppClassLoader，我们一般都是用这个类加载器来加载我们自己写的应用程序
        this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
    } catch (IOException var9) {
        throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
    }

    Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
    String var2 = System.getProperty("java.security.manager");
    、、、、、、、、 //省略无需关注的代码

}
、、、、、、
//构造扩展类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为null
public ExtClassLoader(File[] var1) throws IOException {
            super(getExtURLs(var1), (ClassLoader)null, Launcher.factory);
            SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this).initLookupCache(this);
        }

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    三、双亲委派机制

    JVM类加载器之间的层级关系：
    在这里插入图片描述

    1. 类加载时存在一个双亲委派机制，加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。
    2. 例如本文的Student类，最先会找应用程序类加载器加载，应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载，扩展类加载器再委托引导类加载器，顶层引导类加载器在自己的类加载路径里找了半天没找到Student类，则向下退回加载Student类的请求，扩展类加载器收到回复就自己加载，在自己的类加载路径里找了半天也没找到Student类，又向下退回Student类的加载请求给应用程序类加载器，应用程序类加载器于是在自己的类加载路径里找Student类，结果找到了就自己加载了。
    3. 双亲委派机制大致脉络为：先找父亲加载，不行再由儿子自己加载

    源码分析

    ClassLoader的loadClass方法，里面实现了双亲委派机制

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 检查当前类加载器是否已经加载了该类
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {  //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {  //如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                long t1 = System.nanoTime();
                //都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {  //不会执行
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

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    大致步骤如下：

    1. 首先检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接返回。
    2. 如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加载器加载（即调用parent.loadClass(name,false)），否则是调用bootstrap类加载器来加载。
    3. 如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载（在自己的类加载器路径查找并加载）。

    总结

    以上就是今天要讲的内容，包含类加载运行流程、类加载器、双亲委派机制等。

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/IUNIQUE/article/details/125491723