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java之JVM的 类加载子系统

java之JVM的 类加载子系统

本篇自己学习记录,如有错误,请各位大佬指正!

一,整体的jvm内存模型

二,类加载子系统

作用

  1. 负责从文件系统或者网络中加载Class文件,Class文件开头有特定文件标识
  2. Classloader只负责class文件的加载,是否可以运行,由执行引擎决定
  3. 加载的类信息存到内存:方法区,除了类信息,方法区还会存放运行时常量池信息,还可能包括字符串字面量和数字常量,常量池运行时加载到内存中,即运行时常量池
  4. 类加载器加载字节码文件到内存

三,类加载的过程

​ 加载–>验证–>准备–>解析–>初始化 五步,其中 验证,准备,解析称为链接阶段

1.加载

​ 加载和加载过程不要搞混了,加载是加载过程的一个步骤,其作用:

  1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流

    加载 .class的文件的方式

    • 本地系统获取
    • 网络获取,Web Applet
    • zip压缩包获取,jar,war
    • 运行时计算生成,动态代理
    • 有其他文件生成,jsp
    • 专有数据库提取.class文件,比较少见
    • 加密文件中获取,防止Class文件被反编译的保护措施
  2. 将这个字节流所代表的的静态存储结果转化为方法区的运行时数据结构

  3. 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访问入口

2.链接

一,验证

作用: 确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,保证被加载类的正确性,不会危害虚拟机自身安全

四种验证:

  1. 文件格式验证

    • 开头:CA FE BA BE(魔数,Java虚拟机识别)
    • 主次版本号
    • 常量池的常量中是否有不被支持的常量类型
    • 指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量
  2. 元数据验证

    • 对字节码描述的信息进行语义分析,保证描述符合Java规范
    • 类是否有父类,除了Object之外,所有的类都应该有父类
    • 类的父类是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的类)
    • 如果这个类不是 抽象类,是否实现了其父类或接口中要求实现的所有方法。
    • 类的字段,方法是否与父类的产生矛盾。例如方法参数都一样,返回值不同
  3. 字节码验证

    • 通过数据流分析和控制流分析,确定程序语义是合法的,符合逻辑的。
    • 对类的方法体,进行校验分析,保证在运行时不会做出危害虚拟机的行为
    • 保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作,不会出现类似于在操作数栈放了一个int类型的数据,使用时却按照long类型加载到本地变量表中的情况。
    • 保障任何跳转指令都不会跳转到方法体之外的字节码指令上。
  4. 符号引用验证

    • 通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类
    • 符号引用中的类、字段、方法的可访问性是否可被当前类访问
二,准备

为类变量(静态变量,static修饰的变量)分配内存,并且设置该类变量的初始值,即零值,不包含用final修饰的static,因为final在编译的时候就会分配了,准备阶段会显示初始化,不会为实例变量分配初始化,类变量会分配在方法区,实例变量会随着对象一起分配到Java堆中

三,解析

​ 事实上,解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行,符号引用就是一组符号来描述引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中,直接引用就是直接指向目标的指针,相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄,解析动作主要针对类,或接口,字段,类方法,接口方法,方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info

如下图中: #1 ,#2等等为 符号引用, 字节码文件中还没有直接引用

3.初始化

​ 初始化阶段是执行类构造器方法clinit()的过程,此方法不需要定义,是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来,如果没有类变量和静态代码块,也不会有clinit(),构造器方法中指令按照语句在源文中出现的顺序执行,

clinit())不同于类的构造器(关联:构造器是虚拟机视角下的init()),若该类具有父类,JVM会保证子类的clinit()执行前,父类的clinit()已经执行完毕,虚拟机必须保证一个类的clinit()方法在多线程下被同步加锁

此处验证 ,用javap -v (字节码文件)ClassLoadDemo.class 反编译去验证

在methods 的目录下会有一个clinit方法

四,类加载器

  1. 什么叫做类加载器?

​ 通过类的权限定名获取该类的二进制字节流的代码块叫做类加载器

  1. 类加载器的分类

    ​ JVM支持俩种类型的类加载器,分别为引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)和自定义类加载器(User-Defind ClassLoader)

    从概念上来讲,自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器,但是java虚拟机规范定义是,将所有派生与类ClassLoader的类加载器都划分与自定义类加载器

    • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):用来加载java核心类库,无法被java程序直接引用,用C/C++语言写的,并不继承于

      java.lang,ClassLoder,没有父加载器,出于安全考虑,Bootstrap启动类加载器只加载包名为java\javax\sun等开头的类

    • 扩展类加载器(extensions class loader):它用来加载 Java 的扩展库。JVM的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类,父加载器为启动类加载器,从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库,或从jre/lib/ext子目录下加载类库

    • 系统类加载器(system class loader):它根据 Java 应用的类路径(CLASSPATH)来加载 Java 类。一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

    • 用户自定义类加载器,通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现,负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库,派生于ClassLoader类,父类加载器为扩展类加载器,该类加载器是程序中默认的类加载器,一般来说,Java应用的类都是由它来完成加载

  2. 什么是双亲委派模型

    1、如果一个类加载器收到了类加载请求,它并不会自己先去加载。而是把这个请求委托给父类的加载器去执行

    2、如果父类加载器还存在其父类加载器,则进一步向上委托,依次递归,请求最终将达到顶层的启动类加载器

    3、如果父类的加载器可以完成类加载任务,就成功返回,倘若父类加载器无法完成此加载任务,子加载器才会尝试自己去加载,这 就是双亲委派模式

双亲委派模型优势:

​ 1.避免类的重复加载

​ 2.保护程序安全,防止核心API被篡改

补充

​ 一,在JVM中表示两个class对象,是否为同一个类存在两个必要条件

  1. 类的完整类名必须一致,包括包名

  2. 加载这个类的ClassLoader必须相同

    二,JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载的,还是由用户类加载器加载的。如果是用户类加载器加载的,JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分,保存到方法区中。

    三,Java虚拟机规范严格规定了,有且只有六种情况,必须立即对类进行初始化

  • 1、遇到new(使用new关键字实例化对象),getstatic,putstatic(读取或设置一个类型的静态字段(final修饰已在编译期将结果放入常量池的静态字段除外))或invokestatic(调用一个类型的静态方法的时候)这四条字节码指令时。
  • 2、对类型进行反射调用,如果类型没有经过初始化,则需要触发初始化
  • 3、初始化类的时候,发现父类没有初始化,则先触发父类初始化
  • 4、虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main方法的那个类),虚拟机会初始化这个主类
  • 5、只用JDK7中新加入的动态语言支持,如果一个java.lang.invoke.MethodHandler实例最后的解析结果为REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic,REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄,并且这个方法对应的类没有进行初始化,则先触发其初始化
    K7中新加入的动态语言支持,如果一个java.lang.invoke.MethodHandler实例最后的解析结果为REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic,REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄,并且这个方法对应的类没有进行初始化,则先触发其初始化
  • 6、当一个接口中定了JDK8新加入的默认方法时,如果这个接口的实现类发生了初始化,要先将接口进行初始化