营业执照名称查询系统,英文网站首页优化,wordpress 运行慢,建筑行业培训这篇文章将带你深入理解Java 类加载机制。 JVM 基础 - Java 类加载机制 类的生命周期 类的加载: 查找并加载类的二进制数据连接 验证: 确保被加载的类的正确性准备: 为类的静态变量分配内存#xff0c;并将其初始化为默认值解析: 把类中的符号引用转换为直接引用初始化使用卸… 这篇文章将带你深入理解Java 类加载机制。 JVM 基础 - Java 类加载机制 类的生命周期 类的加载: 查找并加载类的二进制数据连接 验证: 确保被加载的类的正确性准备: 为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值解析: 把类中的符号引用转换为直接引用初始化使用卸载类加载器 JVM类加载机制 类加载器的层次寻找类加载器类的加载JVM类加载机制自定义类加载器
# 类的生命周期
其中类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。在这五个阶段中加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的而解析阶段则不一定它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始这是为了支持Java语言的运行时绑定(也成为动态绑定或晚期绑定)。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始而不是按顺序进行或完成因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。
# 类的加载: 查找并加载类的二进制数据
加载时类加载过程的第一个阶段在加载阶段虚拟机需要完成以下三件事情:
通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流。将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象作为对方法区中这些数据的访问入口。
相对于类加载的其他阶段而言加载阶段(准确地说是加载阶段获取类的二进制字节流的动作)是可控性最强的阶段因为开发人员既可以使用系统提供的类加载器来完成加载也可以自定义自己的类加载器来完成加载。
加载阶段完成后虚拟机外部的 二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中而且在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象这样便可以通过该对象访问方法区中的这些数据。
类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误(LinkageError错误)如果这个类一直没有被程序主动使用那么类加载器就不会报告错误。 加载.class文件的方式 从本地系统中直接加载通过网络下载.class文件从zipjar等归档文件中加载.class文件从专有数据库中提取.class文件将Java源文件动态编译为.class文件
# 连接
# 验证: 确保被加载的类的正确性
验证是连接阶段的第一步这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作: 文件格式验证: 验证字节流是否符合Class文件格式的规范例如: 是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。 元数据验证: 对字节码描述的信息进行语义分析(注意: 对比javac编译阶段的语义分析)以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求例如: 这个类是否有父类除了java.lang.Object之外。 字节码验证: 通过数据流和控制流分析确定程序语义是合法的、符合逻辑的。 符号引用验证: 确保解析动作能正确执行。 验证阶段是非常重要的但不是必须的它对程序运行期没有影响如果所引用的类经过反复验证那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施以缩短虚拟机类加载的时间。 # 准备: 为类的静态变量分配内存并将其初始化为默认值
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意: 这时候进行内存分配的仅包括类变量(static)而不包括实例变量实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。 这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值(如0、0L、null、false等)而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。 假设一个类变量的定义为: public static int value 3那么变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是3因为这时候尚未开始执行任何Java方法而把value赋值为3的put static指令是在程序编译后存放于类构造器clinit()方法之中的所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。 这里还需要注意如下几点 对基本数据类型来说对于类变量(static)和全局变量如果不显式地对其赋值而直接使用则系统会为其赋予默认的零值而对于局部变量来说在使用前必须显式地为其赋值否则编译时不通过。对于同时被static和final修饰的常量必须在声明的时候就为其显式地赋值否则编译时不通过而只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值也可以在类初始化时显式地为其赋值总之在使用前必须为其显式地赋值系统不会为其赋予默认零值。对于引用数据类型reference来说如数组引用、对象引用等如果没有对其进行显式地赋值而直接使用系统都会为其赋予默认的零值即null。如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认的零值。如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性即同时被final和static修饰那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstValue属性所指定的值。假设上面的类变量value被定义为: public static final int value 3编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为3。我们可以理解为static final常量在编译期就将其结果放入了调用它的类的常量池中
# 解析: 把类中的符号引用转换为直接引用
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程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、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。符号引用就是一组符号来描述目标可以是任何字面量。
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。
# 初始化
初始化为类的静态变量赋予正确的初始值JVM负责对类进行初始化主要对类变量进行初始化。在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式:
声明类变量是指定初始值使用静态代码块为类变量指定初始值
JVM初始化步骤
假如这个类还没有被加载和连接则程序先加载并连接该类假如该类的直接父类还没有被初始化则先初始化其直接父类假如类中有初始化语句则系统依次执行这些初始化语句
类初始化时机: 只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化类的主动使用包括以下六种:
创建类的实例也就是new的方式访问某个类或接口的静态变量或者对该静态变量赋值调用类的静态方法反射(如Class.forName(com.pdai.jvm.Test))初始化某个类的子类则其父类也会被初始化Java虚拟机启动时被标明为启动类的类(Java Test)直接使用java.exe命令来运行某个主类
# 使用
类访问方法区内的数据结构的接口 对象是Heap区的数据。
# 卸载
Java虚拟机将结束生命周期的几种情况
执行了System.exit()方法程序正常执行结束程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
# 类加载器 JVM类加载机制
# 类加载器的层次 站在Java虚拟机的角度来讲只存在两种不同的类加载器: 启动类加载器: 它使用C实现(这里仅限于Hotspot也就是JDK1.5之后默认的虚拟机有很多其他的虚拟机是用Java语言实现的)是虚拟机自身的一部分所有其他的类加载器: 这些类加载器都由Java语言实现独立于虚拟机之外并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader这些类加载器需要由启动类加载器加载到内存中之后才能去加载其他的类。 站在Java开发人员的角度来看类加载器可以大致划分为以下三类 :
启动类加载器: Bootstrap ClassLoader负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录下同)下或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的并且能被虚拟机识别的类库(如rt.jar所有的java.*开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载)。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。
扩展类加载器: Extension ClassLoader该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现它负责加载JDK\jre\lib\ext目录中或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库(如javax.*开头的类)开发者可以直接使用扩展类加载器。
应用程序类加载器: Application ClassLoader该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现它负责加载用户类路径(ClassPath)所指定的类开发者可以直接使用该类加载器如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的如果有必要我们还可以加入自定义的类加载器。因为JVM自带的ClassLoader只是懂得从本地文件系统加载标准的java class文件因此如果编写了自己的ClassLoader便可以做到如下几点:
在执行非置信代码之前自动验证数字签名。动态地创建符合用户特定需要的定制化构建类。从特定的场所取得java class例如数据库中和网络中。
# 寻找类加载器
寻找类加载器小例子如下:
package com.pdai.jvm.classloader;
public class ClassLoaderTest {public static void main(String[] args) {ClassLoader loader Thread.currentThread().getContextClassLoader();System.out.println(loader);System.out.println(loader.getParent());System.out.println(loader.getParent().getParent());}
}结果如下:
sun.misc.Launcher$AppClassLoader64fef26a
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader1ddd40f3
null从上面的结果可以看出并没有获取到ExtClassLoader的父Loader原因是BootstrapLoader(引导类加载器)是用C语言实现的找不到一个确定的返回父Loader的方式于是就返回null。
# 类的加载
类加载有三种方式:
1、命令行启动应用时候由JVM初始化加载
2、通过Class.forName()方法动态加载
3、通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载
package com.pdai.jvm.classloader;
public class loaderTest { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { ClassLoader loader HelloWorld.class.getClassLoader(); System.out.println(loader); //使用ClassLoader.loadClass()来加载类不会执行初始化块 loader.loadClass(Test2); //使用Class.forName()来加载类默认会执行初始化块
// Class.forName(Test2); //使用Class.forName()来加载类并指定ClassLoader初始化时不执行静态块
// Class.forName(Test2, false, loader); }
}public class Test2 { static { System.out.println(静态初始化块执行了); }
}分别切换加载方式会有不同的输出结果。 Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别? Class.forName(): 将类的.class文件加载到jvm中之外还会对类进行解释执行类中的static块ClassLoader.loadClass(): 只干一件事情就是将.class文件加载到jvm中不会执行static中的内容,只有在newInstance才会去执行static块。Class.forName(name, initialize, loader)带参函数也可控制是否加载static块。并且只有调用了newInstance()方法采用调用构造函数创建类的对象 。
# JVM类加载机制 全盘负责当一个类加载器负责加载某个Class时该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入除非显示使用另外一个类加载器来载入 父类委托先让父类加载器试图加载该类只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类 缓存机制缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存当程序中需要使用某个Class时类加载器先从缓存区寻找该Class只有缓存区不存在系统才会读取该类对应的二进制数据并将其转换成Class对象存入缓存区。这就是为什么修改了Class后必须重启JVM程序的修改才会生效 双亲委派机制, 如果一个类加载器收到了类加载的请求它首先不会自己去尝试加载这个类而是把请求委托给父加载器去完成依次向上因此所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时即无法完成该加载子加载器才会尝试自己去加载该类。
双亲委派机制过程
当AppClassLoader加载一个class时它首先不会自己去尝试加载这个类而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。当ExtClassLoader加载一个class时它首先也不会自己去尝试加载这个类而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。如果BootStrapClassLoader加载失败(例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class)会使用ExtClassLoader来尝试加载若ExtClassLoader也加载失败则会使用AppClassLoader来加载如果AppClassLoader也加载失败则会报出异常ClassNotFoundException。
双亲委派代码实现
public Class? loadClass(String name)throws ClassNotFoundException {return loadClass(name, false);}protected synchronized Class? loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException {// 首先判断该类型是否已经被加载Class c findLoadedClass(name);if (c null) {//如果没有被加载就委托给父类加载或者委派给启动类加载器加载try {if (parent ! null) {//如果存在父类加载器就委派给父类加载器加载c parent.loadClass(name, false);} else {//如果不存在父类加载器就检查是否是由启动类加载器加载的类通过调用本地方法native Class findBootstrapClass(String name)c findBootstrapClass0(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// 如果父类加载器和启动类加载器都不能完成加载任务才调用自身的加载功能c findClass(name);}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}双亲委派优势
系统类防止内存中出现多份同样的字节码保证Java程序安全稳定运行
# 自定义类加载器
通常情况下我们都是直接使用系统类加载器。但是有的时候我们也需要自定义类加载器。比如应用是通过网络来传输 Java 类的字节码为保证安全性这些字节码经过了加密处理这时系统类加载器就无法对其进行加载这样则需要自定义类加载器来实现。自定义类加载器一般都是继承自 ClassLoader 类从上面对 loadClass 方法来分析来看我们只需要重写 findClass 方法即可。下面我们通过一个示例来演示自定义类加载器的流程:
package com.pdai.jvm.classloader;
import java.io.*;public class MyClassLoader extends ClassLoader {private String root;protected Class? findClass(String name) throws ClassNotFoundException {byte[] classData loadClassData(name);if (classData null) {throw new ClassNotFoundException();} else {return defineClass(name, classData, 0, classData.length);}}private byte[] loadClassData(String className) {String fileName root File.separatorChar className.replace(., File.separatorChar) .class;try {InputStream ins new FileInputStream(fileName);ByteArrayOutputStream baos new ByteArrayOutputStream();int bufferSize 1024;byte[] buffer new byte[bufferSize];int length 0;while ((length ins.read(buffer)) ! -1) {baos.write(buffer, 0, length);}return baos.toByteArray();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}public String getRoot() {return root;}public void setRoot(String root) {this.root root;}public static void main(String[] args) {MyClassLoader classLoader new MyClassLoader();classLoader.setRoot(D:\\temp);Class? testClass null;try {testClass classLoader.loadClass(com.pdai.jvm.classloader.Test2);Object object testClass.newInstance();System.out.println(object.getClass().getClassLoader());} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();} catch (InstantiationException e) {e.printStackTrace();} catch (IllegalAccessException e) {e.printStackTrace();}}
}自定义类加载器的核心在于对字节码文件的获取如果是加密的字节码则需要在该类中对文件进行解密。由于这里只是演示我并未对class文件进行加密因此没有解密的过程。
这里有几点需要注意 :
1、这里传递的文件名需要是类的全限定性名称即com.pdai.jvm.classloader.Test2格式的因为 defineClass 方法是按这种格式进行处理的。
2、最好不要重写loadClass方法因为这样容易破坏双亲委托模式。
3、这类Test 类本身可以被 AppClassLoader 类加载因此我们不能把com/pdai/jvm/classloader/Test2.class 放在类路径下。否则由于双亲委托机制的存在会直接导致该类由 AppClassLoader 加载而不会通过我们自定义类加载器来加载。
