类加载子系统
JVM详细架构图
类加载子系统作用
ClassLoader只负责class文件的加载,至于它是否可以运行,则由Execution Engine(执行引擎)决定
- 1、类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载class文件,class文件在开头有特定的文件标识(即16进制CA TE BA BE)
- 2、加载后的Class信息存放在方法区。
类的加载过程
图示:
细节
加载:
- 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
- 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的访问入口
链接
验证(Verify)
- 目的在于确保Class文件字节流中包含信息符合当前虚拟机的要求,保证被加载类的正确性,不会危害虚拟机的安全
- 主要包括文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证
准备(Prepare)
- 为类变量分配内存并设置该类变量的默认初始值(即0/null/…)
- 这里不包含final修饰的static,因为final在编译的时候就分配了,准备阶段会显式初始化
- 这里不会对实例变量分配初始化,类变量会分配在方法区,而实例变量会随着对象一起分配到堆。
解析(Resolve):
将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
-
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所引用的目标。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。 -
在解析阶段,jvm根据字符串的内容找到内存区域中相应的地址,然后把符号引用替换成直接指向目标的指针、句柄、偏移量等,这些直接指向目标的指针、句柄、偏移量就被成为 直接引用 。
-
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等。
初始化:
- 初始化阶段就是执行类构造器方法< clinit >()的过程 。
我们注意到如果没有静态变量,那么字节码文件中就不会有clinit方法
- 此方法不需定义,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。
- 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
- < 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。(一个类只被初始化一次,之后类的信息被存放在方法区)
类加载器分类
JVM支持两种类加载器,引导类加载器(BootStrap ClassLoader)由c/c++实现和自定义类加载器由java实现
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虚拟机规范却没有这么定义,而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
/**
* ClassLoader加载
*/
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
//获取系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//获取其上层 扩展类加载器
ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@610455d6
//获取其上层 获取不到引导类加载器
ClassLoader bootStrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
System.out.println(bootStrapClassLoader);//null
//对于用户自定义类来说:使用系统类加载器进行加载
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//String 类使用引导类加载器进行加载的 -->java核心类库都是使用引导类加载器加载的
ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);//null获取不到间接证明了String 类使用引导类加载器进行加载的
}
}
启动类加载器(引导类加载器,BootStrap ClassLoader)
1.这个类加载使用C/C++语言实现的,嵌套在JVM内部
2.它用来加载java的核心库( JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar/resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容 ),用于提供JVM自身需要的类
3.并不继承自java.lang.ClassLoader,没有父加载器
4.加载拓展类和应用程序类加载器,并指定为他们的父加载器,即ClassLoader
5.出于安全考虑,BootStrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类
拓展类加载器(Extension ClassLoader)
1.java语言编写 ,由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
2.派生于ClassLoader类
3.从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库,或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录(扩展目录)下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下,也会由拓展类加载器自动加载
应用程序类加载器(系统类加载器,AppClassLoader)
1.java语言编写, 由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
2.派生于ClassLoader类
3.它负责加载环境变量classpath或系统属性 java.class.path指定路径下的类库
4.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
5.通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器
为什么要使用用户自定义类加载器
1.隔离加载类
2.修改类加载的方式
3.拓展加载源
4.防止源码泄漏
双亲委派机制
原理
双亲委派模式是在Java1.2后引入的,其工作原理的是,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,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,请求最终将到达顶层的启动类加载器,如果父类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。
双亲委派机制的优势
1.避免类的重复加载,
如图,虽然我们自定义了一个java.lang包下的String尝试覆盖核心类库中的String,但是由于双亲委派机制,启动加载器会加载java核心类库的String类(BootStrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类),而核心类库中的String并没有main方法
2.保护程序安全,防止核心API被随意修改
启动类加载器可以抢在标准扩展类装载器之前去装载类,而标准扩展类装载器可以抢在类路径加载器之前去装载那个类,类路径装载 器又可以抢在自定义类加载器之前去加载它。所以Java虚拟机先从最可信的Java核心API查找类型,这是为了防止不可靠的类扮演被信任的类,试想一 下,网络上有个名叫java.lang.Integer的类,它是某个黑客为了想混进java.lang包所起的名字,实际上里面含有恶意代码,但是这种 伎俩在双亲模式加载体系结构下是行不通的,因为网络类加载器在加载它的时候,它首先调用双亲类加载器,这样一直向上委托,直到启动类加载器,而启动类加载 器在核心Java API里发现了这个名字的类,所以它就直接加载Java核心API的java.lang.Integer类,然后将这个类返回,所以自始自终网络上的 java.lang.Integer的类是不会被加载的。
3.保证核心API包的访问权限
但是如果这个移动代码不是去试图替换一个被信任的类(就是前面说的那种情况),而是想在一个被信任的包中插入一个全新的类型,情况会怎样呢?比如一个名为 java.lang.Virus的类,经过双亲委托模式,最终类装载器试图从网络上下载这个类,因为网络类装载器的双亲们都没有这个类(当然没有了,因为 是病毒嘛)。假设成功下载了这个类,那你肯定会想,Virus和lang下的其他类痛在java.lang包下,暗示这个类是Java API的一部分,那么是不是也拥有修改Java.lang包中数据的权限呢?答案当然不是,因为要取得访问和修改java.lang包中的权 限,java.lang.Virus和java.lang下其他类必须是属于同一个运行时包的,什么是运行时包?运行时包是指由同一个类装载器装载的、属 于同一个包的、多个类型的集合。考虑一下,java.lang.Virus和java.lang其他类是同一个类装载器装载的吗?不是 的!java.lang.Virus是由网络类装载器装载的!
JVM中表示两个class对象是否为同一个类
- 类的完整类名必须一致,包括包名
- 即使类的完整类名一致,同时要求加载这个类的ClassLoader(指ClassLoader实例对象)必须相同;是引导类加载器、还是定义类加载器
类的主动使用和被动使用
java程序对类的使用方式分为:主动使用和被动使用,即是否调用了clinit()方法。
主动使用在类加载系统中的第三阶段initialization即初始化阶段调用了clinit()方法而被动使用不会去调用
主动使用,分为七种情况
1.创建类的实例
2.访问某各类或接口的静态变量,或者对静态变量赋值
3.调用类的静态方法
4.反射 比如Class.forName(com.dsh.jvm.xxx)
5.初始化一个类的子类
6.java虚拟机启动时被标明为启动类的类
7.JDK 7 开始提供的动态语言支持:java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化,则初始化
除了以上七种情况,其他使用java类的方式都被看作是对类的被动使用,都不会导致类的初始化。