图解JVM类加载机制和双亲委派模型

我们都知道以 .java 结尾的 Java 源文件,经过编译之后会变成 .class 结尾的字节码文件。JVM 通过类加载器来加载字节码文件,然后再执行程序。

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什么时候加载一个类

那么,什么时候类加载器会加载一个类呢?用到这个类的时候,JVM的类加载器就会加载这个类。用到这两个字说起来很抽象,我用代码和图例来说明。

有下面这样一段代码,一个类EmergencyPlan,里面有一个main()函数,main()函数做的事情是创建了一个 Account 对象。

public class EmergencyPlan {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
    }
}

我们应该知道运行 JVM 就相当于启动了一个 Java 的进程,它会从程序的主函数,即main()函数开始执行。所以类加载的步骤是这样的:

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  1. 先加载主函数所在的类EmergencyPlan
  2. 由于EmergencyPlan使用了Account,所以继续加载Account

准备和初始化的区别

类加载机制总共有这样7个步骤:加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化 -> 使用 -> 卸载。接下来先把每个阶段在做什么讲一下,再着重对比一下准备阶段和初始化阶段。

  • 验证阶段:验证字节码文件是否符合JVM的规范。这挺好理解,万一字节码文件被修改过,JVM压根无法执行咋办。所以加载之后先验证一下。
  • 准备阶段:为类分配内存空间,为变量赋初值。
  • 解析阶段:符号引用替换为直接引用。
  • 初始化阶段:执行初始化代码,new对象;执行static代码块;父类没有初始化要先初始化父类。

用代码和画图来说明一下准备阶段和初始化阶段。

public class EmergencyPlan {
    public static int id
            = Configuration.getInt("plan_id");
}

这段代码说的是EmergencyPlan这个类有一个变量id,通过getInt()为其赋值:

  • 准备阶段会为id开辟一个内存空间,但不会执行赋值操作,仅仅是赋予一个初值0。
  • 初始化阶段才会执行getInt()为变量id初始化值。

类加载的过程就变成了下图所示的样子:

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类加载器和双亲委派模型

JVM进行类加载是通过类加载器完成,类加载器是一种亲子层级结构的模型。Java里面的类加载器有这样几种:

  • 启动类加载器。加载 JDK 中 lib 目录中 Java 的核心类库,即$JAVA_HOME/lib目录。
  • 扩展类加载器。加载 lib/ext 目录下的类。
  • 应用程序类加载器。加载我们写的应用程序。
  • 自定义类加载器。根据自己的需求定制类加载器。

那什么是双亲委派模型呢?类加载器是一种亲自层级结构,就像下图所示:

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比如要加载上面的EmergencyPlan类,应用程序类加载器会先问它的父亲扩展类加载器,你能帮我加载么?扩展类加载器会再问它的父亲启动类加载器,你能帮我加载么?

显然EmergencyPlan是一个应用程序类。启动类加载器会告诉扩展类加载器,你自己去加载;扩展类加载器就会告诉应该程序类加载器,你自己去加载。最后,应用程序类加载器就自己加载了EmergencyPlan

流程图总结

最后来在类加载的流程图上,把双亲委派模型也添加上去。

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