java类加载机制之类加载过程、类加载器及双亲委派模型详解

一 、简介

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java类加载机制之类加载过程、类加载器及双亲委派模型详解_第1张图片

二、类加载过程

Java类加载主要分为加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段的过程。

1.加载

在本阶段,JVM主要做三件事情:
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将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
③在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这些数据的访问入口

2.验证

是链接阶段(包含验证、准备、解析)的第一步,为了确保Class文件中的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全。

大致有四个阶段的检验过程:文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证

3.准备

是正式为类变量分配内存并设置初始值的阶段,这些内存都将在方法区中进行分配。(注:这时候进行内存分配的仅包括类变量即被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)

假设一个类变量定义为:public static int value = 123;那么变量value在准备阶段过后的初始值是0而不是123(在初始化阶段赋值为123),若定义为public static final int value = 123;那么虚拟机在准备阶段就会将value赋值为123。

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饮用的过程。

符号引用:以一组符号来描述所引用的目标,可以是任何形式的字面量,与虚拟机实现的内存布局无关,引用的目标并不一定已经加载到内存中。
直接引用:可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄,与虚拟机实现的内存布局有关,如果有了直接引用,引用的目标必定已经在内存中存在。

5.初始化

对类变量进行真正的赋值操作,到了此阶段,才是真正开始执行类中定义的Java程序代码(或者说是字节码)。

例如:static People p = new People();在准备阶段,为变量p开辟4个字节并设定初始值null,在初始化阶段,new People()的地址赋值给变量p。

类的初始化顺序:静态变量、静态块、成员变量、实例块、构造方法

三、类加载器

Java类加载器(Java Classloader)是Java运行时环境的一部分,负责动态加载类到Java虚拟机的内存空间中。类通常是按需加载,即第一次使用该类时才加载

JVM有3个默认的类加载器:
1.启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)。负责加载核心Java库,存储在/jre/lib目录中。
2.扩展类加载器(Extension ClassLoader)。负责加载/jre/lib/ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库。
3.应用程序类加载器(Application ClassLoader)。根据 Java应用程序的类路径(java.class.path或CLASSPATH环境变量)来加载 Java 类。一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的。

四、双亲委派模型

我们的应用程序都是有上述三种类加载器互相配合进行加载的,如果有必要,还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器的关系一般如图所示。
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类加载器之间的这种层次关系,就称为类加载器的双亲委派模型。要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都有应当自己的父类加载器

1.双亲委派模型的工作过程
如果一个类加载器收到了类加载的请求,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完成,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,只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载。

2.双亲委派模型的好处
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。例如java.lang.Object,它存放在rt.jar之中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,若用户自己写了一个名为java.lang.Object的类,并放在程序的ClassPath中,那系统中将会出现多个不同的Object类,应用程序将会变得一片混乱。

3.双亲委派模型的实现
实现模型的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中。先检查是否已经被加载过,若加载过则返回类的Class对象,若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法,从父类到子类依次尝试加载,若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器,若父类加载失败,则抛出ClassNotFoundException异常后,再调用自己的findClass()方法进行加载

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