深入JVM-Class装载系统

天涯浪子 提交于 2020-02-24 23:14:43

一、Class文件的装载过程

Class类型通常以文件的形式存在(当然,任何二进制流都可以是Class类型),只有被Java虚拟机装载的Class类型才能在程序中使用。系统状态Class类型可以分为加载、连接和初始化3个步骤。其中,连接又可分为验证、准备和解析3步。

1.1 类装载的条件

Class只有在必须要使用的时候才会被装载,Java虚拟机不会无条件的装载Class类型。Java虚拟机规定,一个类或接口在初次使用前,必须要进行初始化。这里指的“使用”,是指主动使用,主动使用只有下列几种情况:

  • 创建一个类的实例,比如使用new关键字,或者通过反射、克隆、反序列化。
  • 使用类的静态方法时,即当使用了字节码invokestatic指令。
  • 使用类或接口的静态字段(final常量除外),比如,使用getstatic或者putstatic指令。
  • 使用java.lang.reflect包中的方法反射类的方法时。
  • 当初始化子类时,要求先初始化父类。
  • 作为启动虚拟机,含义main()方法的那个类。

除了以上的情况属于主动使用,其他的情况均属于被动使用。被动使用不会引起类的初始化。

主动引用的例子:

public class Parent {
    static{
        System.out.println("Parent init");
    }
}

public class Child extends Parent{
    static {
        System.out.println("Child init");
    }
}

public class IninMain{
    public static void main(String[] args){
        Child c = new Child();
    }
}

执行InitMain,结果为:

Parent init
Child init

被动引用的例子,被动引用不会导致类的装载。

public class Parent{
    static{
        System.out.println("Parent init");
    }
    public static int v = 100;
}

public class Child extends Parent{
    static{
        System.out.println("Child init");
    }
}

public class UseParent{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(Child.v);
    }
}

输出结果为:

Parent init
100

可以看到,虽然在UseParent中,直接访问了子类对象,但是Child子类并未被初始化,只有Parent父类被初始化。ke'jian可见,在引用一个字段时,只有直接定义该字段的类,才会被初始化。

final常量不会引起类的初始化。

public class FinalFieldClass {
    public static final String constString = "CONST";
    static {
        System.out.println("FinalFieldClass init");
    }
}

public class UseFinalField {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(FinalFieldClass.constString);
    }
}

运行以上代码输出结果为:

CONST

1.2 加载类

加载类处于类加载的第一个阶段。在加载类时,Java虚拟机必须完成以下工作:

  • 通过类的全名,获取类的二进制数据流。
  • 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构。
  • 创建java.lang.Class类的实例,表示该类型。
  • 1.3 验证类

Java虚拟机验证过程

1.4 准备

当一个类验证通过时,虚拟机就会进入准备阶段。在这个阶段,虚拟机会为这个类分配相应的内存空间,并设置初始值。

1.5 解析类

在准备阶段完成后,就进入了解析阶段。解析阶段的工作就是将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用。

1.6 初始化

类的初始化是类装载的最后一个阶段。如果前面的步骤都没有问题,那么表示类可以顺利装载到系统中。此时,类才会开始执行Java字节码。初始化阶段的重要工作时执行类的初始化方法。方法是由编译器自动生成的,它是由类静态成员的赋值语句以及static语句块合并产生的。

二、掌握ClassLoader

2.1 看懂类加载

ClassLoader是Java的核心组件,所有的Class都是由ClassLoader进行加载的,ClassLoader负责通过各种方式将Class信息的二进制数据流读入系统,然后交给Java虚拟机进行连接、初始化等操作。因此,ClassLoader在整个装在阶段,只能影响到类的加载,而无法通过ClassLoader去改变类的连接和初始化行为。

从代码层面看,ClassLoader是一个抽象类,它提供了一些重要的接口,用于自定义Class的加载流程和加载方式。

在ClassLoader的结构中,还有一个重要的字段parent,他也是一个ClassLoader的实例,这个字段锁表示的ClassLoader也称为这个ClassLoader的双亲。在类加载的过程中,ClassLoader可能会将某些请求交与自己的双亲处理。

2.2 ClassLoader的分类

在标准的Java程序中,Java虚拟机会创建3类ClassLoader为整个应用程序服务。他们分别是:Bootstrap ClassLoader(启动类加载器)、Extension ClassLoader(扩展类加载器)和App ClassLoader(应用类加载器,也称为系统类加载器)。此外,每个应用程序还可以拥有自定义的ClassLoader,扩展Java虚拟机获取Class数据的能力。

ClassLoader层次结构

在虚拟机设计中,使用这种分散的ClassLoader去装载类是有好处的,不同层次的类可以由不同的ClassLoader加载,从而进行划分,这有助于系统的模块化设计。一般来说,启动类加载器负责加载系统的核心类,比如rt.jar中的Java类;扩展类加载器用于加载%JAVA_HOME%/lib/ext/*.jar中的Java类;应用类加载器用于加载用户类,也就是用户程序的类;自定义类加载器用于加载一些特殊途径的类,一般也是用户程序类。

易学教程内所有资源均来自网络或用户发布的内容,如有违反法律规定的内容欢迎反馈
该文章没有解决你所遇到的问题?点击提问,说说你的问题,让更多的人一起探讨吧!