JVM系统学习之路系列演示代码地址: https://github.com/mtcarpenter/JavaTutorial
嗨喽,小伙伴大家好,我是小春哥,今天是打卡 【JVM系统学习之路】
的第二篇文章 类加载子系统
,在学习本章节首先回顾 上一章节【JVM系统学习之路】JVM与Java体系结构
的JVM整体结构。
此图一定牢记于心,在接下来的 JVM 知识点都是从此图展开进行的,如果了解看过JVM 面试题,大家对此图应该还是比较熟悉,小春哥此图我都了解了,想要一个更完整的 JVM 架构图,有吗?有的,这事儿必须满足。请接住下图:
JVM 是一块难啃的骨头,吃骨髓之前,我们清洗,入锅,小火慢炖等工序,我们就从类加载开始啃,
Class
文件, class
文件在文件开头有特定的文件标识。ClassLoader
只负责 class
文件的加载,至于它是否可以运行,则由 Execution Engine
决定。Class
文件中常量池部分的内存映射)class file
存在于本地硬盘上,可以理解为设计师画在纸上的模板,而最终这个模板在执行的时候是要加载到 JVM 当中来根据这个文件实例化出 n 个一模一样的实例。class file
加载到 JVM 中,被称为 DNA 元数据模板,放在方法区。.class文件->JVM->最终成为元数据模板
,此过程就要一个运输工具(类装载器 Class Loader
),扮演一个快递员的角色/**
* 类加载子系统
*/
public class HelloLoader {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("我已经被加载啦");
}
}
此段代码的加载过程如下
更为完整的加载过程,有加载、验证、准备、解析、初始化,如下图:
java.lang.Class
对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口加载class文件的方式
Class
文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,保证被加载类的正确性,不会危害虚拟机自身安全。文件格式验证
, 元数据验证
, 字节码验证
, 符号引用验证
。工具:Binary Viewer查看是否 class 文件,后续会讲解此工具public class HelloApp {
private static int a = 1; // 准备阶段为0,在下个阶段,也就是初始化的时候才是1
public static void main(String[] args) {
System.out.println(a);
}
}
上面的变量a在准备阶段会赋初始值,但不是 1 ,而是 0。
CONSTANT Class info
、 CONSTANT Fieldref info
、 CONSTANT Methodref info
等。初始化阶段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。public class ClassInitTest {
private static int num = 1;
static {
num = 2;
number = 20;
System.out.println(num);
System.out.println(number); //报错,非法的前向引用
}
private static int number = 10;
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ClassInitTest.num); // 2
System.out.println(ClassInitTest.number); // 10
}
}
引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)
和 自定义类加载器(User-Defined ClassLoader)
。ClassLoader
的类加载器都划分为自定义类加载器。引导类加载器,Bootstrap ClassLoader
、 扩展类加载器(Extension ClassLoader)
、 系统类加载器(AppClassLoader)
,如下所示:这里的四者之间是包含关系,不是上层和下层,也不是子系统的继承关系。下面通过一个例子,获取它不同的加载器
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);
// 获取其上层的:扩展类加载器
ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader);
// 获取 根加载器
ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
System.out.println(bootstrapClassLoader);
// 获取自定义加载器
ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
// 获取String类型的加载器
ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader1);
}
}
上面得到的结果,可以看出根加载器无法直接通过代码获取,同时目前用户代码所使用的加载器为系统类加载器。同时我们通过获取 String 类型的加载器,发现是 null,那么说明 String 类型是通过根加载器进行加载的,也就是说 Java 的核心类库都是使用根加载器进行加载的。
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
null
C/C++语言
实现的,嵌套在 JVM 内部。JAVAHOME/jre/1ib/rt.jar
、 resources.jar
或 sun.boot.class.path
路径下的内容),用于提供 JVM 自身需要的类Java.lang.ClassLoader
,没有父加载器。Bootstrap 启动类加载器
只加载包名为 java
、 javax
、 sun
等开头的类扩展类加载器(Extension ClassLoader)sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
实现。ClassLoader
类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/1ib/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,也会自动由扩展类加载器加载。应用程序类加载器(系统类加载器,AppClassLoader)sun.misc.LaunchersAppClassLoader
实现ClassLoader
类classpath
或系统属性 java.class.path
指定路径下的类库classLoader#getSystemclassLoader()
方法可以获取到该类加载器用户自定义类加载器用户自定义类加载器实现步骤:
Java.lang.ClassLoader
类的方式,实现自己的类加载器,以满足一些特殊的需求JDK1.2
之前,在自定义类加载器时,总会去继承 ClassLoader
类并重写 loadClass()
方法,从而实现自定义的类加载类,但是在 JDK1.2 之后已不再建议用户去覆盖 loadclass()
方法,而是建议把自定义的类加载逻辑写在 findclass()
方法中URIClassLoader
类,这样就可以避免自己去编写 findclass()
方法及其获取字节码流的方式,使自定义类加载器编写更加简洁。查看根加载器所能加载的目录public class ClassLoaderTest1 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("*********启动类加载器************");
// 获取BootstrapClassLoader 能够加载的API的路径
URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL url : urls) {
System.out.println(url.toExternalForm());
}
// 从上面路径中,随意选择一个类,来看看他的类加载器是什么:得到的是null,说明是 根加载器
ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
}
}
得到的结果如下:
*********启动类加载器************
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/lib/resources.jar
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/lib/rt.jar
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/lib/jsse.jar
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/lib/jce.jar
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/lib/charsets.jar
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/lib/jfr.jar
file:/E:/Software/JDK1.8/Java/jre/classes
null
ClassLoader
类,它是一个抽象类,其后所有的类加载器都继承自 ClassLoader(不包括启动类加载器)
方法 | 说明 |
---|---|
| 返回该类加载器的父类加载器。 |
| 加载名称为 |
| 查找名称为 |
| 查找名称为 |
| 把字节数组 |
| 链接指定的 Java 类。 |
sun.misc.Launcher
它是一个 java 虚拟机的入口应用
获取 ClassLoader
的途径
ClassLoader:clazz.getClassLoader()
ClassLoader:Thread.currentThread().getContextClassLoader()
ClassLoader:ClassLoader.getSystemClassLoader()
ClassLoader:DriverManager.getCallerClassLoader()
双亲委派机制Java 虚拟机对 class 文件采用的是 按需加载
的方式,也就是说当需要使用该类时才会将它的 class 文件加载到内存生成 class 对象。而且加载某个类的 class 文件时,Java 虚拟机采用的是 双亲委派模式
,即把请求交由父类处理,它是一种 任务委派模式
。
工作原理双亲委派模式
。当我们加载 jdbc.jar
用于实现数据库连接的时候,首先我们需要知道的是 jdbc.jar
是基于 SPI 接口进行实现的,所以在加载的时候,会进行双亲委派,最终从根加载器中加载 SPI核心类,然后在加载 SPI 接口类,接着在进行反向委派,通过线程上下文类加载器进行实现类 jdbc.jar
的加载。
自定义 string 类,但是在加载自定义 String 类的时候会率先使用引导类加载器加载,而引导类加载器在加载的过程中会先加载 jdk 自带的文件(rt.jar包中 java\lang\String.class
),报错信息说没有 main 方法,就是因为加载的是 rt.jar 包中的 string 类。这样可以保证对 java 核心源代码的保护,这就是沙箱安全机制。
通过上面的例子,我们可以知道,双亲机制可以:
java.lang.String
java.lang.ShkStart
(报错:阻止创建 java.lang
开头的类)如何判断两个class对象是否相同ClassLoader
(指 ClassLoader
实例对象)必须相同。ClassLoader
实例对象不同,那么这两个类对象也是不相等的。Class.forName("com.atguigu.Test"
))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,则初始化加载阶段(引导类、扩展类、系统类加载器)
、 链接阶段(验证、准备、解析)
、 初始化阶段
。接下来还介绍了虚拟机的加载器, 启动类加载器
、 扩展类加载器
、 引用类加载器
。还有被面试问的比较多的是双亲委派机制。欢迎关注公众号 山间木匠 , 我是小春哥,从事 Java 后端开发,会一点前端、通过持续输出系列技术文章以文会友,如果本文能为您提供帮助,欢迎大家关注、 点赞、分享支持,我们下期再见!
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