1. 類加載子系統(tǒng)

 1.1 概述

類加載子系統(tǒng)負責從文件系統(tǒng)或者網(wǎng)絡中加載Class文件，Class文件在文件開頭有特定的文件標識

• ClassLoader只負責class文件的加載，至于它是否可以運行，則由Execution Engine 決定
• 加載的類信息存放于一塊成為 ：方法區(qū)的內存空間，除了類的信息外，方法區(qū)中還會存放運行時常量池信息，可能還包括字符串字面量和數(shù)字常量（這部分常量信息是Class文件中常量池部分的內存映射）

字節(jié)碼中的常量池加載到 方法區(qū) -----> 運行時常量池信息

1.2 類的加載器

• Class file（字節(jié)碼文件） 存在與本地磁盤上（硬盤），字節(jié)碼文件在執(zhí)行的時候是需要被加載到JVM的方法區(qū)中，再根據(jù)方法區(qū)中的這個類對象實例化出n個一模一樣的實例
• Class file 加載到JVM中，被稱為DNA元數(shù)據(jù)模板，放在方法區(qū)。
• 在Class文件 --> JVM -->最終成為元數(shù)據(jù)模板，此過程就要一個運輸工具（類加載器 Class Loader），扮演一個快遞員的角色。

2.類的加載過程

2.1 類的加載過程簡圖

2.2 加載階段：Loading

• 通過一個類的全限定名獲取定義此類的二進制字節(jié)流
• 將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結構轉化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結構
• 在內存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口

小補充：加載字節(jié)碼文件（.class）的方式

• 本地系統(tǒng)直接加載
• 網(wǎng)絡獲?。篧eb Applet
• jar、war包
• 動態(tài)代理：運行時計算生成…

2.3 鏈接階段：Linking

驗證（Verify）

• 目的在于確保Class文件的字節(jié)流中包含信息符合當前虛擬機要求，保證被加載類的正確性，不會危害虛擬機自身安全
• 主要包括四種驗證：文件格式驗證、元數(shù)據(jù)驗證、字節(jié)碼驗證、符號引用驗證

準備（Prepare）

• 為類變量分配內存并且設置該類變量的默認初始值，即“零值”

（在準備階段 a = 0，到下一個階段（初始化階段）a = 1）
（不同的數(shù)據(jù)類型的變量默認值不一樣，如 int =0 ,引用類型 = null）

• 這里不包含用final 修飾的static，因為final 在編譯的時候就會分配了，準備階段會顯示初始化（final修飾的變量是：常量）
• 這里不會為實例變量分配初始化，類變量會分配在方法區(qū)中，而實例變量是會隨著對象一起分配到Java堆中

解析（Resolve）

• 將常量池內的符號引用轉換為直接引用的過程
• 事實上，解析操作往往會伴隨著JVM在執(zhí)行完初始化之后再執(zhí)行
• 符號引用：一組符號來描述所引用的目標。符號引用的字面量形式明確定義在《Java 虛擬機規(guī)范》的Class 文件格式中
• 直接引用：直接指向目標的指針、相對偏移量或者一個間接定位到目標的句柄
• 解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等。對應常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

2.4 初始化階段：initialization

• 初始化階段就是執(zhí)行類構造器方法 clinit（）的過程，此方法不需要定義，是javac 編譯器自動收集類中的所有了變量的賦值動作和靜態(tài)代碼塊中的語句合并而來

例子1：

public class Test {
    private static int a=2;
    private static int b=20;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
    }
}

例子2：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("測試一下");
    }
}

• 構造器方法中指令按語句在源文件中出現(xiàn)的順序執(zhí)行
• clinit() 方法不同于類的構造器。（關聯(lián)：構造器是虛擬機視角下的 init()）
• 若該類具有父類，JVM會保證子類的 clinit () 執(zhí)行前，父類的 clinit () 已經(jīng)執(zhí)行完畢
• 虛擬機必須保證一個類的 clinit () 方法在多線程下被同步加鎖，虛擬機只會調用一次 clinit 方法，保證類只被加載一次

3.幾種類的加載器

• JVM支持兩種類型的類加載器，分別為引導類加載器（Bootstrap ClassLoader）和 自定義類加載器（User-Defined ClassLoader）
• 從概念上來講，自定義類加載器一般指的是程序中由開發(fā)人員自定義的一類類加載器，但是Java虛擬機規(guī)范并沒有這么定義，而是將所有派生于抽象類ClassLoader的類加載器都劃分為自定義類加載器（除了Bootstrap ClassLoader其他的都為 自定義類加載器）
• 無論類加載器的類型如何劃分，在程序中，我們最常見的類加載器始終只有3個，如下所示：

代碼：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 :應用類加載器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@34a245ab ：擴展類加載器
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);//null ：引導類加載器：非Java語言實現(xiàn)

        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        
         ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null
    }
}

3.1 引導類加載器：

• BootstrapClassLoader 這個類加載器使用 C/C++語言實現(xiàn)，嵌套在JVM內部
• 它用來加載Java 的核心類庫（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar 或 sun.boot.class.path路徑下的內容），用于提供JVM自身需要的類
• 并不繼承自 java.lang.ClassLoader ，沒有父類加載器
• 加載擴展類和應用程序類加載器，并指定為他們的父類加載器
• 出于安全考慮，Bootstrap 啟動類加載器只加載包名為 java 、javax、sun等開頭的類

3.2 擴展類加載器：ExtensionClassLoader

• Java 語言編寫，派生于ClassLoader類
• 父類加載器為：啟動類加載器
• 從 java.ext.dirs系統(tǒng)屬性所指定的目錄中加載類庫，或從JDK的安裝目錄的jre/lib/ext子目錄（擴展目錄）下加載類庫，如果用戶創(chuàng)建的jar包放在此目錄下，也會自動由擴展類加載器進行加載

3.3 應用程序類加載器：AppClassLoader

•  java語言編寫，派生于 ClassLoader
• 父類加載器為 ExtensionClassLoader
• 負責加載環(huán)境變量classpath或者系統(tǒng)屬性 java.class.path 指定路徑下的類庫
• 該類加載器是程序中默認的類加載器，一般來說，Java應用的類都是由它來完成加載
• 通過ClassLoader # getSystemClassLoader()方法可以獲取到該類加載器

3.4 用戶自定義類加載器

• 在Java 的日常應用程序開發(fā)中，類的加載幾乎是由上述3種類加載器相互配合執(zhí)行的，在必要的時候，我們還可以自定義類加載器，來定制類的加載方式

為什么要用自定義類加載器呢？

• 隔離加載類
• 修改類加載的方式
• 擴展加載源
• 防止源碼泄漏

用戶自定義類加載器實現(xiàn)步驟

• 通過繼承抽象類 java.lang.ClassLoader 類的方式，實現(xiàn)自己的類加載器，以滿足一些特殊的需求
• JDK1.2之前，總會去繼承ClassLoader類并重寫loadClass()方法，從而實現(xiàn)自定義的類加載器，但是在JDK1.2之后，已不再建議去覆蓋loadClass()方法，而是建議把自定義的類加載邏輯寫在 findClass()方法中
• 如果對于類加載器沒有太過于復雜的需求，可以通過直接繼承 URLClassLoader類，這樣就可以避免自己去編寫findClass()方法及其獲取字節(jié)碼流的方式，使自定義類加載器編寫更加簡潔

繼承體系

獲取 ClassLoader

4.雙親委派機制

Java 虛擬機對class文件采用的是按需加載的方式，也就是說當需要使用該類時才會將它的class文件加載到內存生成class對象。而且加載某個類的class文件時，Java虛擬機采用的雙親委派模式，即把請求交由父類處理，它是一種任務委派模式

• 如果一個類加載器收到了類的加載請求，它并不會自己先去加載，而是把這個請求委托給父類的加載器去執(zhí)行
• 如果父類加載器還存在其父類加載器，則進一步向上委托，依次遞歸請求最終將到達頂層的啟動類加載器
• 如果類加載器可以完成類加載任務，就成功返回，如果父類加載器無法完成此加載任務，子類加載器才會嘗試去加載，這就是雙親委派模式

優(yōu)勢

• 避免類的重復加載
• 保護程序安全，防止核心API被隨意篡改：自定義：java.lang.String …
• 不要亂取包名

5.其他

在JVM中表示兩個class對象是否為同一個類存在兩個必要條件

• 類的全限定類名必須一致，包括包名
• 加載這個類的ClassLoader（指ClassLoader實例對象）必須相同
• 即使兩個類來源于同一個文件，但是類加載器不一樣，那這兩個類對象也是不相等的

到此這篇關于概述java虛擬機中類的加載器及類加載過程的文章就介紹到這了,更多相關Jvm中類的加載器及類加載過程內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！