【JVM】JVM类加载机制和双亲委派模式

1、类的生命周期

2、类加载过程

• Class 文件需要加载到虚拟机中之后才能运行和使用
• 系统加载 Class 类型的文件主要三步:加载->连接->初始化。
• 连接过程又可分为三步:验证->准备->解析。

2.1 加载

• 类加载过程的第一步，主要完成下面3件事情：

1. 通过全类名获取定义此类的二进制字节流
2. 将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构
3. 在内存中生成一个代表该类的 Class 对象,作为方法区这些数据的访问入口

• 然后这3件事情主要是由类加载器负责完成。
• JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（BootStrap ClassLoader） 和自定义类加载器（User-Defined Classloader）我们常用的包括 ：Extension ClassLoader、
  Application ClassLoader这三个类加载器，具体介绍如下：

1. BootstrapClassLoader(启动类加载器) ：最顶层的加载类，由C++实现，负责加载 %JAVA_HOME%/lib目录下的jar包和类或者或被 -Xbootclasspath参数指定的路径中的所有类。
2. ExtensionClassLoader(扩展类加载器) ：主要负责加载目录 %JRE_HOME%/lib/ext 目录下的jar包和类，或被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径下的jar包。
3. AppClassLoader(应用程序类加载器) :面向我们用户的加载器，负责加载当前应用classpath下的所有jar包和类。

2.1.1 加载机制-双亲委派模式

• 每一个类都有一个对应它的类加载器。系统中的 ClassLoder 在协同工作的时候会默认使用 双亲委派模型 。
• 即在类加载的时候，系统会首先判断当前类是否被加载过。已经被加载的类会直接返回，否则才会尝试加载。
• 加载的时候，首先会把该请求委派该父类加载器的 loadClass() 处理，因此所有的请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器 BootstrapClassLoader 中。
• 当父类加载器无法处理时，才由自己来处理。当父类加载器为null时，会使用启动类加载器 BootstrapClassLoader 作为父类加载器。

• Demo:

public class ClassLoaderDemo {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        System.out.println("ClassLodarDemo 的类加载器是 " + ClassLoaderDemo.class.getClassLoader());
        System.out.println("ClassLodarDemo 的父类加载器是 " + ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getParent());
        System.out.println("ClassLodarDemo 父类的父类加载器是 " + ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

• 运行结果：

ClassLodarDemo 的类加载器是 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
ClassLodarDemo 的父类加载器是 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586
ClassLodarDemo 父类的父类加载器是 null

• AppClassLoader的父类加载器为ExtClassLoader

• ExtClassLoader的父类加载器为null，null并不代表ExtClassLoader没有父类加载器，而是BootstrapClassLoader 。

• 双亲委派模型的好处:
  双亲委派模型保证了Java程序的稳定运行，可以避免类的重复加载（JVM 区分不同类的方式不仅仅根据类名，相同的类文件被不同的类加载器加载产生的是两个不同的类），也保证了 Java 的核心 API 不被篡改。如果没有使用双亲委派模型，而是每个类加载器加载自己的话就会出现一些问题，比如我们编写一个称为 java.lang.Object 类的话，那么程序运行的时候，系统就会出现多个不同的 Object 类。

• 如果我们不想用双亲委派模型怎么办？
  为了避免双亲委托机制，我们可以自己定义一个类加载器，然后重写 loadClass()方法即可。

• 自定义类加载器
  除了 BootstrapClassLoader 其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自java.lang.ClassLoader。如果我们要自定义自己的类加载器，很明显需要继承 ClassLoader。

• 而且每一个ClassLoader都拥有自己独立的类名称空间，类是由ClassLoader将其加载到Java虚拟机中，故类是由加载它的ClassLoader和该类本身一起确定其在Java 运行时环境的唯一性。故只有同一个ClassLoader加载的同一个类，才能算是Java 运行时环境中的相同的两个类。哪怕是来自同一个Class文件，即使被同一个虚拟机加载的两个类，只要ClassLoader不同，那么也属于不同的类。对于equals()、isinstanceof()等方法来判断对象的相等或所属关系都是需要基于同一个ClassLoader。

2.2 验证

2.3 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，这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：

1. 这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在 Java 堆中。
2. 这里所设置的初始值"通常情况"下是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），比如我们定义了public static int value=111 ，那么 value 变量在准备阶段的初始值就是 0 而不是111（初始化阶段才会赋值）。特殊情况：比如给 value 变量加上了 fianl 关键字public static final int value=111 ，那么准备阶段 value 的值就被赋值为 111。

• 基本数据类型的零值：

2.4 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、方法句柄和调用限定符7类符号引用进行。

• 符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

• 所以，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，也就是得到类或者字段、方法在内存中的指针或者偏移量。

2.5 初始化

• 初始化是类加载的最后一步，也是真正执行类中定义的 Java 程序代码(字节码)，初始化阶段是执行类构造器 ()方法的过程。

• 对于（） 方法的调用，虚拟机会自己确保其在多线程环境中的安全性。因为 （） 方法是带锁线程安全，所以在多线程环境下进行类初始化的话可能会引起死锁，并且这种死锁很难被发现。

• 对于初始化阶段，虚拟机严格规范了有且只有5种情况下，必须对类进行初始化(只有主动去使用类才会初始化类)：

1. 当遇到 new 、 getstatic、putstatic或invokestatic 这4条直接码指令时，比如 new 一个类，读取一个静态字段(未被 final 修饰)、或调用一个类的静态方法时。
   • 当jvm执行new指令时会初始化类。即当程序创建一个类的实例对象。
   • 当jvm执行getstatic指令时会初始化类。即程序访问类的静态变量(不是静态常量，常量会被加载到运行时常量池)。
   • 当jvm执行putstatic指令时会初始化类。即程序给类的静态变量赋值。
   • 当jvm执行invokestatic指令时会初始化类。即程序调用类的静态方法。
2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时如Class.forname("…"),newInstance()等等。 ，如果类没初始化，需要触发其初始化。
3. 初始化一个类，如果其父类还未初始化，则先触发该父类的初始化。
4. 当虚拟机启动时，用户需要定义一个要执行的主类 (包含 main 方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类。
5. MethodHandle和VarHandle可以看作是轻量级的反射调用机制，而要想使用这2个调用，
   就必须先使用findStaticVarHandle来初始化要调用的类。（MethodHandle使用）

3、 卸载

• 卸载类即该类的Class对象被GC。

• 卸载类需要满足3个要求:

1. 该类的所有的实例对象都已被GC，也就是说堆不存在该类的实例对象。
2. 该类没有在其他任何地方被引用
3. 该类的类加载器的实例已被GC

• 所以，在JVM生命周期类，由jvm自带的类加载器加载的类是不会被卸载的。但是由我们自定义的类加载器加载的类是可能被卸载的。

• 只要想通一点就好了，jdk自带的BootstrapClassLoader,PlatformClassLoader,AppClassLoader负责加载jdk提供的类，所以它们(类加载器的实例)肯定不会被回收。而我们自定义的类加载器的实例是可以被回收的，所以使用我们自定义加载器加载的类是可以被卸载掉的。