fegin需要实现类_深入理解JVM(六)--虚拟机类加载机制
虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型,这就是虚拟机的类加载机制。
类从被加载到虚拟机内存开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。
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1.加载
"加载"是"类加载"这个过程的一个阶段,是 “类加载”过程中最先开始进行的操作,加载阶段,虚拟机需要完成三件事:
- 根据类的全限定名获取定义此类的二进制字节流;
- 将这个字节流代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构;
- 在方法区中为这个类生成一个java.lang.Class对象,作为方法区这个类的访问入口。
2.验证
验证是连接的第一步,这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害到虚拟机自身的安全。虚拟机如果不检查输入的字节流,对其完全信任的话,很可能会因为载入了有害字节流而导致系统崩溃。
(1)文件格式验证
检查字节流是否符合Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理:
- 是否以魔数0XCAFEBABE开头。
- 主、次版本号是否存在当前虚拟机处理范围内。
- 常量池的常量是否有不被支持的常量类型。
- ... ...
(2)元数据验证
对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求:
- 这个类是否有父类。
- 这个类的父类是否继承了不允许继承的类。
- 如果这个类不是抽象类,是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法。
- ... ...
(3)字节码验证
(4)符号引用验证
3.准备
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,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。
4.解析
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。
5.初始化
前面的类加载过程中,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java程序代码。
虚拟机规范严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”:
(1)遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是:使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段的时候、调用一个类的静态方法的时候。
(2)使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
(3)当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类初始化。
(4)当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的类),虚拟机会先初始化这个主类。
(5)当使用JDK1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发初始化。
6.类加载器双亲委派模型
从Java虚拟机的角度来说,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现(HotSpot虚拟机中),是虚拟机自身的一部分;另一种就是所有其他的类加载器,这些类加载器都有Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部继承自java.lang.ClassLoader。
从开发者的角度,类加载器可以细分为:
启动类加载器:负责将 Java_Home/lib下面的类库加载到内存中(比如rt.jar)。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节,开发者无法直接获取到启动类加载器的引用,所以不允许直接通过引用进行操作。
扩展类加载器:由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。它负责将Java_Home /lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。
应用程序类加载器:由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现的。它负责将系统类路径(CLASSPATH)中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用这个类加载器。
除此之外,还有自定义的类加载器,它们之间的层次关系被称为类加载器的双亲委派模型。该模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应该有自己的父类加载器,而这种父子关系一般通过组合(Composition)关系来实现,而不是通过继承(Inheritance)。
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双亲委派模型的工作原理是,如果一个类加载器收到了类加载请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去执行,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中,只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时,子加载器才会尝试自己去加载。
优势:(1)采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系,通过这种层级关可以避免类的重复加载,当父亲已经加载了该类时,就没有必要子ClassLoader再加载一次。(2)实现简单,逻辑清晰易懂。
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