类加载机制、类加载顺序

1 类加载顺序

Java 的类加载过程可以分为 5 个阶段:载入、验证、准备、解析和初始化。这 5 个阶段一般是顺序发生的,但在动态绑定的情况下,解析阶段发生在初始化阶段之后。

1)Loading(载入)

JVM 在该阶段的主要目的是将字节码从不同的数据源(可能是 class 文件、也可能是 jar 包,甚至网络)转化为二进制字节流加载到内存中,并生成一个代表该类的 java.lang.Class 对象。

2)Verification(验证)

JVM 会在该阶段对二进制字节流进行校验,只有符合 JVM 字节码规范的才能被 JVM 正确执行。该阶段是保证 JVM 安全的重要屏障,下面是一些主要的检查。

  • 确保二进制字节流格式符合预期(比如说是否以 cafe bene 开头)。
  • 是否所有方法都遵守访问控制关键字的限定。
  • 方法调用的参数个数和类型是否正确。
  • 确保变量在使用之前被正确初始化了。
  • 检查变量是否被赋予恰当类型的值。

3)Preparation(准备)

为类变量(static修饰的字段变量)分配内存并且设置该类变量的初始值,(如static int i = 5 这里只是将 i 赋值为0,在初始化的阶段再把 i 赋值为5),这里不包含final修饰的static ,因为final在编译的时候就已经分配了。这里不会为实例变量分配初始化,类变量会分配在方法区中,实例变量会随着对象分配到Java堆中。
 

也就是说,假如有这样一段代码:

public String chenmo = "沉默";
public static String wanger = "王二";
public static final String cmower = "沉默王二";

chenmo 不会被分配内存,而 wanger 会;但 wanger 的初始值不是“王二”而是 null

需要注意的是,static final 修饰的变量被称作为常量,和类变量不同。常量一旦赋值就不会改变了,所以 cmower 在准备阶段的值为“沉默王二”而不是 null

4)Resolution(解析)

该阶段将常量池中的符号引用转化为直接引用。

what?符号引用,直接引用?

符号引用以一组符号(任何形式的字面量,只要在使用时能够无歧义的定位到目标即可)来描述所引用的目标。

在编译时,Java 类并不知道所引用的类的实际地址,因此只能使用符号引用来代替。比如 com.Wanger 类引用了 com.Chenmo 类,编译时 Wanger 类并不知道 Chenmo 类的实际内存地址,因此只能使用符号 com.Chenmo

直接引用通过对符号引用进行解析,找到引用的实际内存地址。

5)Initialization(初始化)

该阶段是类加载过程的最后一步。在准备阶段,类变量已经被赋过默认初始值,而在初始化阶段,类变量将被赋值为代码期望赋的值。换句话说,初始化阶段是执行类构造器方法的过程。

oh,no,上面这段话说得很抽象,不好理解,对不对,我来举个例子。

String cmower = new String("沉默王二");

上面这段代码使用了 new 关键字来实例化一个字符串对象,那么这时候,就会调用 String 类的构造方法对 cmower 进行实例化。

2 类加载器

java程序并不是一个可执行文件,是由多个独立的类文件组成。这些类文件并不是一次性全部装入内存,而是依据程序逐步载入。

JVM的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的,累的层次关系和加载顺序可以由下图来描述:

类加载机制、类加载顺序_第1张图片

1)Bootstrap ClassLoader

 是JVM的根ClassLoader,由C++实现;加载Java的核心API:$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar中所有class文件的加载,这个jar中包含了java规范定义的所有接口以及实现;JVM启动的时候就开始初始化此ClassLoader。

2)Extension ClassLoader

加载java扩展API(lib/ext中的类)

3)App ClassLoader

加载Classpath目录下定义的class

 4)Custom ClassLoader

属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader,如tomcat、Jboss都是会根据J2EE规范自行实现ClassLoader 

注意:加载过程中会先检查类是否被已加载,检查顺序是自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查,只要某个classloader已加载就视为已加载此类,保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下,也就是由上层来逐层尝试加载此类。

双亲委派机制

JVM在加载类时默认采用的是双亲委派机制。通俗的讲,就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委托给父类加载器,依次递归。如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回;只有父类加载器无法完成此加载任务时,才自己去加载。

作用:1)避免重复加载;2)更安全。如果不是双亲委派,那么用户在自己的classpath编写了一个java.lang.Object的类,那就无法保证Object的唯一性。所以使用双亲委派,即使自己编写了,但是永远都不会被加载运行。

破坏双亲委派机制

双亲委派机制并不是一种强制性的约束模型,而是Java设计者推荐给开发者的类加载器实现方式。

线程上下文类加载器,这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()方法进行设置,如果创建线程时还未设置,它将会从父线程中继承一个,如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话,那么这个类加载器就是应用程序类加载器。像JDBC就是采用了这种方式。这种行为就是逆向使用了加载器,违背了双亲委派模型的一般性原则。

参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/73078336 

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