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JVM是如何加载类的?

标签:
Java

Java虚拟机加载类的全过程包括,加载,验证,准备,解析和初始化。


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image.png

在加载阶段,虚拟机需要完成以下三件事:

  1. 通过类的全限名获取此类的二进制字节流。

  2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据区

  3. 在内存中生成一个代表这个类的Class对象,作为方法区的这个类的各种数据访问入口。

可以看出,Java能通过加载外部的字节码来实现动态的装载类,这为Java提供了很大的灵活性。实现类加载动作的代码叫做类加载器。

比较两个类是否相等,只有在两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则尽管两个类是同一个Class文件,只要类加载器不同,那么这两个类必定不相等。

双亲委派机制

绝大部分Java程序都会用到以下三种系统提供的类加载器:

  • BootStrap ClassLoader,负责加载<JAVA_HOME>/lib或被-Xbootclasspath指定路径下的类库,开发者不可以直接使用

  • Extension ClassLoader,负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext或被java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库,开发者可以直接使用

  • App ClassLoader,这个类加载器是ClassLoader.getSystemClassLoader()的返回值,负责加载用户类路径上所指定的类库,开发者可以直接使用这个类加载器,如果应用程序没有自定义过类加载器,那么系统默认使用这个类加载器。

应用程序一般都会用到以上三种类加载器,如果有必要我们可以指定自己的类加载器。

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image.png

图中展示的这种层次关系,称为类加载的双亲委派模型,除了顶层的启动类加载器之外,其余的类加载都要有自己的父类加载器。

类加载器之间的关系不是以继承的方式实现,而是以组合的方式实现。

工作原理

双亲委派的工作流程:如果一个类收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把请求委派给父类来实现,每一个层次的类加载器都是这样,因此所有的类加载请求都会最终传送到启动类加载器,只有当父类加载器无法完成这个加载请求,子类加载器才会自己尝试加载。

要点:

  • 类加载请求全部交给自己的父类来操作

  • 父类加载器加载不了的自己加载

/**

*/
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)        throws ClassNotFoundException
    {        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {            // 首先检查,类是否已经被加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);            
            if (c == null) {                long t0 = System.nanoTime();                try {                    //只要父类不为空,那么父类来加载
                    if (parent != null) {                    
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {                    //父类加载器无法加载类,抛出异常
                }                
                //如果父类没有加载成功,然后自己寻找对应的类, 我们可以实现自己的findClass,进而实现自定义类加载器
                if (c == null) {                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);                
//记录状态
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }            return c;
        }
    }

双亲委派机制一个好处:避免内存中出现同样的字节码。可以很好的解决各个类加载器的基础类统一问题。

我个人理解,所有的类最终是由启动类加载器加载的,而启动类加载器我们是不可以直接使用的,启动类加载器的代码由大神写的,肯定比我们的更安全。常见的系统级别的类都由启动类加载器加载也保证了安全,不然如果系统级别的类,由我们写的类加载器加载,这样多个系统类出现不一致的情况,让语言变得很不稳定。

破坏双亲委派机制

双亲委派机制是一种推荐的使用方式,但不是强制的,虽然绝大部分Java应用都是使用双亲委派模型,但是也有例外。比如热替换,热部署。

OSGI是Java业界广泛认可的模块化标准,而OSGI模块化热部署的关键是它自定义的类加载器。每一个模块都有一个自己的类加载器,当需要更换一个 Bundle(包) 时,Bundle连同类加载器一同替换实现代码热部署。

弄懂了OSGi的精髓,就可以算是掌握了类加载器的精髓

大家一起加油。

最后

本文介绍了类加载中的加载过程,其中加载过程由类加载器来完成,类加载器的加载利用到了双亲委派机制,通过代码,我们可以更好的理解双亲委派机制,我们也知道了双亲委派机制不是要强制实现的,可以试着破坏双亲委派机制,重新loadClass方法即可..,自定义类加载器需要重写的是findClass方法。

希望能帮到大家

参考

  • 《深入理解JVM》

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