【转】深入理解java虚拟机---类加载器

转自：http://blog.csdn.net/a707854407/article/details/40684255

类加载器是一个用来加载类文件的一个类.Java源代码通过javac编译器编译成类文件.然后jvm来执行类文件中的字节码来执行程序.
类加载文件负责加载文件系统、网络或其他来源的类文件.
有以下三种默认使用的类加载器：

• 1、Bootstrap类加载器(启动类加载器)-----JRE/lib/rt.jar
• 2、Extension类加载器(扩展类加载器)-----JRE/lib/ext或者java.ext.dirs指向的目录
• 3、Application类加载器(应用程序类加载器)------ClassPath环境变量.由-classpath或-cp选项来定义.或者是jar中的Manifest的classpath属性定义.

类加载器的工作原理

类加载器的工作原理基于三个机制：委托、可见性和单一性.

• 委托机制
  当一个类加载和初始化的时候.类仅在有需要加载的时候被加载.假设你有一个应用需要的类叫做“Abc.class”.首先加载这个类的请求由Application类加载器委托给它的父加载器Extension类加载器.然后再委托Bootstrap类加载器.Bootstrap类加载器会先看看rt.jar中有没有这个类.因为并没有这个类.所以这个请求又回到Extension加载器.它会查看jre/lib/ext目录下有没有这个类.如果有这个类.那么它将被加载.而Application类加载器不会加载到这个类.如果这个类没有被Extension类加载器找到.那么由Application加载器从classpath中寻找.记住classpath定义的是类文件的加载目录.而PATH定义的是可执行程序.如javac、java等的执行路径.

• 可见性机制
  根据可见性机制.子类加载器可以看到父加载器加载的类.而反之则不行.所以下面的例子中.当Abc.class已经被Application类加载器加载过了.然后如果想要使用Extension类加载器加载这个类.将会抛出java.lang.ClassNotFoundException异常.

• 单一性机制
  根据这个机制.父加载器加载过的类不能被子加载器加载第二次.虽然重写违反委托和单一性机制的类加载器是可能的.但这样做并不可取.
  例如：

public class TestClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("ClassLoader.getClass().getClassLoader()：" + TestClassLoader.class.getClassLoader());
        
        try {
            Class.forName("test.TestClassLoader",true,TestClassLoader.class.getClassLoader().getParent());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

当你自定义一个类加载器时你应该遵守上面三条

类加载的时机：类从被加载到虚拟机内存中开始.到卸载出内存为止.它的整个生命周期包括为：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段.其中验证、准备、解析是三个部分统称为连接.

发生顺序：

其中类加载的过程中包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段.在这个五个阶段中.加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的.而解析阶段不一定.它在某些情况可以在初始化阶段之后开始.这是为了支持java语言的运行时绑定(也称为动态绑定或晚期绑定).另外注意这里的几个阶段是按顺序开始.但不是按顺序进行或完成.因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的.通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段.

静态绑定：即前期绑定.在程序执行前方法已经被绑定.此时由编译器或其他连接程序实现.针对java、简单的可以理解为程序编译期的绑定.java当中的方法只有final、static、private和构造方法是前期绑定的.动态绑定：即晚期绑定.也叫运行时绑定.在运行时根据具体对象的类型进行绑定.在java中.几乎所有的方法都是后期绑定.

类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远远不限于类的加载阶段。对于任意一个类，都需要由它的类加载器和这个类本身一同确定其在就Java虚拟机中的唯一性，也就是说，即使两个类来源于同一个Class文件，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。这里的“相等”包括了代表类的Class对象的equals（）、isAssignableFrom（）、isInstance（）等方法的返回结果，也包括了使用instanceof关键字对对象所属关系的判定结果。

• 1、加载
  加载是“类加载”过程的一个阶段.在加载阶段.虚拟机需要完成以下3件事情.
  1）、通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
  2）、在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的数据结构.
  3）、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.

• 2、验证
  验证是连接阶段的第一步.这一阶段的目的是为了确保class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求.并且不会危害虚拟机自身的安全.
  验证阶段是非常重要的.这个阶段直接决定了java虚拟机是否能承受恶意代码的攻击.从执行性能角度上讲.验证阶段的工作量在虚拟机的类加载子系统又占了相当大的一部分.
  如果验证到输入的字节流不符合Class文件的约束.虚拟机就应抛出一个java.lang.VerifyError异常或其子类异常.
  验证阶段大致上会完成下面4个阶段的检验动作：
  1）文件格式验证
  2）元数据验证
  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的变量分配内存并设置类变量初始化的阶段.这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配.这个阶段中有两个容易产生混淆的概念.
  首先.这时候进行内存分配的仅包括类变量(被static修饰的变量).而不包括实例变量.实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在java堆中.其次.这里所说的“初始化”在通常情况下是数据类型的零值.
  假设一个类变量的定义为： public static int value = 123;
  那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123.因为这时候尚未开始执行任何java方法.而把value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后.存放于类构造器()方法之中.所以把value赋值为123的动作在初始化阶段才会执行.或者.我们可以理解为static final常量在编译期就将其结果放入了调用它的类的常量池中.

• 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
  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、方法句柄和调用点限定符7种符号引用进行.分别对应于常量池的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info、CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_MethodHandle_info和CONSTANT_InovkeDynamic_info 7种常量类型.后面三种是与JDK1.7动态语言支持息息相关的.

• 5、初始化
  类初始化阶段是类加载过程中的最后一步.前面的类加载过程中.除了在加载用户应用程序可以通过自定义类加载器去定义之外.其余动作完全由虚拟机主导和控制.到了初始化阶段.才能真正地执行类中定义的java程序代码(或者说是字节码)
  准备阶段.变量已经赋过一次系统要求的初始值.而在初始化阶段.则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源.或者可以从另外一个角度去表达：初始化阶段是执行类构造器()方法的过程.另外.类构造器()方法和类实例化()方法都是线程安全的.

例如：类构造器()方法的测试

package test;

public class DeadLoopClass {
    static
    {
        try {
            System.out.println("DeadLoopClass init");
            Thread.sleep(10000);
            System.out.println("DeadLoopClass over");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(holyshit.value);
        
    }
}


class holyshit
{
    public static int value = 123;
    static
    {
        try {
            System.out.println("holyshit init");
            Thread.sleep(10000);
            System.out.println("holyshit over");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

同时也明白.一般未使用到的类不会调用类构造器()的方法(也就是"static{}").如果main方法调用到了那个类的变量或实例化了那个类才会调用.

例如：实例化类()方法的测试

public class fuck {
    static
    {
        try {
            Thread.sleep(10000);
            System.out.println("执行完");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        fuck f = new fuck();
        fuck f2 = new fuck();
    }
}