类的加载与字节码技术

搁置争议 系统性学一下JVM

类加载与字节码技术

  1. 类文件结构
  2. 字节码指令
  3. 编译期处理
  4. 类加载阶段
  5. 类加载器
  6. 运行期优化
image.png

1. 类文件结构

// HelloWorld 示例 public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("hello world"); } }

执行 javac -parameters -d . HellowWorld.java 我们编译为class文件

[root@localhost ~]# od -t xC HelloWorld.class 
0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09 0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07 0000040 00 1c 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29 0000060 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e 
0000100 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 12 4c 6f 63 0000120 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61 62 6c 65 01 0000140 00 04 74 68 69 73 01 00 1d 4c 63 6e 2f 69 74 63 0000160 61 73 74 2f 6a 76 6d 2f 74 35 2f 48 65 6c 6c 6f 
0000200 57 6f 72 6c 64 3b 01 00 04 6d 61 69 6e 01 00 16 0000220 28 5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 
0000240 69 6e 67 3b 29 56 01 00 04 61 72 67 73 01 00 13 0000260 5b 4c 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 
0000300 6e 67 3b 01 00 10 4d 65 74 68 6f 64 50 61 72 61 0000320 6d 65 74 65 72 73 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46 0000340 69 6c 65 01 00 0f 48 65 6c 6c 6f 57 6f 72 6c 64 
0000360 2e 6a 61 76 61 0c 00 07 00 08 07 00 1d 0c 00 1e 0000400 00 1f 01 00 0b 68 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 
0000420 07 00 20 0c 00 21 00 22 01 00 1b 63 6e 2f 69 74 0000440 63 61 73 74 2f 6a 76 6d 2f 74 35 2f 48 65 6c 6c 
0000460 6f 57 6f 72 6c 64 01 00 10 6a 61 76 61 2f 6c 61 
0000500 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74 01 00 10 6a 61 76 61 
0000520 2f 6c 61 6e 67 2f 53 79 73 74 65 6d 01 00 03 6f 
0000540 75 74 01 00 15 4c 6a 61 76 61 2f 69 6f 2f 50 72 
0000560 69 6e 74 53 74 72 65 61 6d 3b 01 00 13 6a 61 76 0000600 61 2f 69 6f 2f 50 72 69 6e 74 53 74 72 65 61 6d 
0000620 01 00 07 70 72 69 6e 74 6c 6e 01 00 15 28 4c 6a 0000640 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 53 74 72 69 6e 67 3b 
0000660 29 56 00 21 00 05 00 06 00 00 00 00 00 02 00 01 0000700 00 07 00 08 00 01 00 09 00 00 00 2f 00 01 00 01 0000720 00 00 00 05 2a b7 00 01 b1 00 00 00 02 00 0a 00 0000740 00 00 06 00 01 00 00 00 04 00 0b 00 00 00 0c 00 0000760 01 00 00 00 05 00 0c 00 0d 00 00 00 09 00 0e 00 0001000 0f 00 02 00 09 00 00 00 37 00 02 00 01 00 00 00 0001020 09 b2 00 02 12 03 b6 00 04 b1 00 00 00 02 00 0a 0001040 00 00 00 0a 00 02 00 00 00 06 00 08 00 07 00 0b 0001060 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 09 00 10 00 11 00 00 0001100 00 12 00 00 00 05 01 00 10 00 00 00 01 00 13 00 0001120 00 00 02 00 14

第一列是八进制标号

根据jvm规范,他的类文件结构如下

ClassFile {
u4 magic;  模数
u2 minor_version; 小版本号
u2 major_version; 子版本号
u2 constant_pool_count; 常量池信息
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1]; 常量池信息
u2 access_flags; 访问修饰
u2 this_class; 类包名
u2 super_class; 父类信息
u2 interfaces_count; 接口信息
u2 interfaces[interfaces_count]; 
u2 fields_count; 变量信息
field_info fields[fields_count]; 
u2 methods_count;方法信息
method_info methods[methods_count]; 
u2 attributes_count;附加属性信息
 attribute_info attributes[attributes_count]; 
}

1.1 魔数

0~3 字节,表示它是否是【class】类型的文件
0000000 ** ca fe ba be** 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09

所有文件都有自己的特定类型 即是标识文件信息,java的就是这个ca fe ba be 咖啡杯~hhhhhh

1.2 版本

4~7 字节,表示类的版本 00 34(52) 表示是 Java 8
0000000 ca fe ba be ** 00 00 00 34 ** 00 23 0a 00 06 00 15 09

52代表jdk8前后依次推版本即可

1.3 常量池

image.png

相当大的比重啊 而且建议有几年编程经验再看吧,这玩意看了几集没咋看懂,先略过吧,等实力够了再看
有点像我之前看汇编的东西,人傻了

8~9 字节,表示常量池长度,00 23 (35) 表示常量池有 #1~#34项,注意 #0 项不计入,也没有值

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09
第#1项 0a(10) 表示一个 Method 信息,00 06 和 00 15(21) 表示它引用了常量池中 #6 和 #21 项来获得
这个方法的【所属类】和【方法名】

0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09

第#2项 09 表示一个 Field 信息,00 16(22)和 00 17(23) 表示它引用了常量池中 #22 和 # 23 项
来获得这个成员变量的【所属类】和【成员变量名】
0000000 ca fe ba be 00 00 00 34 00 23 0a 00 06 00 15 09
0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07
第#3项 08 表示一个字符串常量名称,00 18(24)表示它引用了常量池中 #24 项
0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07
第#4项 0a 表示一个 Method 信息,00 19(25) 和 00 1a(26) 表示它引用了常量池中 #25 和 #26
项来获得这个方法的【所属类】和【方法名】
0000020 00 16 00 17 08 00 18 0a 00 19 00 1a 07 00 1b 07

因为没听懂,所以这一节笔记不做了,因为没听懂,面向机器码学习太难了 所以我们直接跳到字节码指令(因为上面都是机器码分析,属实不是我应该分析的,原因是我并不知道该从某行开始分析 (讲解的时候有标红 现实中自己分析没有))

2. 字节码指令

2.1 入门

同上,分析字节码 不看

2.2 javap 工具

自己分析类文件结构太麻烦了,Oracle 提供了 javap 工具来反编译 class 文件

E:\Desktop\cccc\zaxiang\ datastructure\out\production\datastructure\Test>javap -v HelloWorld.class
Classfile /E:/Desktop/cccc/zaxiang/        datastructure/out/production/datastructure/Test/HelloWorld.class    类文件   
  Last modified 2020-8-22; size 543 bytes     最后修改时间
  MD5 checksum 014533965b7fd12972f7dbdeb71cc18f   签名
  Compiled from "HelloWorld.java"  
public class Test.HelloWorld
  minor version: 0
  major version: 52   //内部版本
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER  访问修饰符
Constant pool:   常量池 地址和符号
   #1 = Methodref          #6.#20         // java/lang/Object."":()V
   #2 = Fieldref           #21.#22        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #3 = String             #23            // HELLO WORLD
   #4 = Methodref          #24.#25        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
   #5 = Class              #26            // Test/HelloWorld
   #6 = Class              #27            // java/lang/Object
   #7 = Utf8               
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               LocalVariableTable
  #12 = Utf8               this
  #13 = Utf8               LTest/HelloWorld;
  #14 = Utf8               main
  #15 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #16 = Utf8               args
  #17 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #18 = Utf8               SourceFile
  #19 = Utf8               HelloWorld.java
  #20 = NameAndType        #7:#8          // "":()V
  #21 = Class              #28            // java/lang/System
  #22 = NameAndType        #29:#30        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #23 = Utf8               HELLO WORLD
  #24 = Class              #31            // java/io/PrintStream
  #25 = NameAndType        #32:#33        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #26 = Utf8               Test/HelloWorld
  #27 = Utf8               java/lang/Object
  #28 = Utf8               java/lang/System
  #29 = Utf8               out
  #30 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #31 = Utf8               java/io/PrintStream
  #32 = Utf8               println
  #33 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
{
  public Test.HelloWorld();//jvm生产的无参构造方法
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   LTest/HelloWorld;

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1   *****下面是虚拟机指令
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String HELLO WORLD
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 5: 0
        line 6: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0  args   [Ljava/lang/String;
}
SourceFile: "HelloWorld.java"

还是javap好用,正好之前的课有试过,比分析字节码好受多了、

2.3 图解方法执行流程

1)原始 java 代码

 public class HelloWord {
 public static void main(String[] args) {
 int a = 10;
 int b = Short.MAX_VALUE + 1; 
int c = a + b;
 System.out.println(c); 
  }
}

这部分就不给javap编译后的字节码文件了,太多了,而且就这板书,可读性也不太好就放着吧,反正就算我放了也没人会看。

3)常量池载入运行时常量池


image.png

类加载的操作,数据会先放入运行时常量池 (属于方法去的组成部分)小的数据跟字节码指令在一起,如果数据过大的话,就被放入常量池了 就是32768

4)方法字节码载入方法区


image.png

5)main 线程开始运行,分配栈帧内存
(stack=2,locals=4)


捕获.PNG

绿色:局部变量表
蓝色:操作数栈(深度)

6)执行引擎开始执行字节码

bipush 10
将一个 byte 压入操作数栈(其长度会补齐 4 个字节),类似的指令还有
sipush 将一个 short 压入操作数栈(其长度会补齐 4 个字节)
ldc 将一个 int 压入操作数栈
ldc2_w 将一个 long 压入操作数栈(分两次压入,因为 long 是 8 个字节)
这里小的数字都是和字节码指令存在一起,超过 short 范围的数字存入了常量池

image.png

istore_1
将操作数栈顶数据弹出,存入局部变量表的 slot 1


捕获.PNG

ldc #3
从常量池加载 #3 数据到操作数栈
注意 Short.MAX_VALUE 是 32767,所以 32768 = Short.MAX_VALUE + 1 实际是在编译期间计算好的 常量折叠优化

image.png

istore_2


懵~~~~ 虽然有点感觉但是还是懵,知其然不知其所以然,上面部分笔记也不做了,觉着没讲清楚,从新回来看的话也不一定能懂。

2.4 练习 - 分析 i++

目的:从字节码角度分析 a++ 相关题目
源码:

public class Demo3_2 
{ 
public static void main(String[] args) {
 int a = 10;
 int b = a++ + ++a + a--; 
System.out.println(a); System.out.println(b); 
} 
}

10->11
11*2=22+12=34
即是a=11->12->11

2.5 条件判断指令

image.png

几点说明:
byte,short,char 都会按 int 比较,因为操作数栈都是 4 字节
goto 用来进行跳转到指定行号的字节码

public class Demo3_3
 {
 public static void main(String[] args)
 { int a = 0;
 if(a == 0)
 {
 a = 10; 
} else { 
a = 20; 
} 
}
 }

字节码

0: iconst_0
1: istore_1 
2: iload_1 
3: ifne 12 
6: bipush 10 
8: istore_1 
9: goto 15 //跳转~
12: bipush 20 
14: istore_1 
15: return

这个就看上面字节码中关于变量的操作

思考

细心的同学应当注意到,以上比较指令中没有 long,float,double 的比较,那么它们要 > 比较怎么办?
参考 https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html#jvms-6.5.lcmp

(就算给了我我也有点懵好像是这个 Lcmp指令来比较他们的值)

2.6 循环控制指令

其实循环控制还是前面介绍的那些指令,例如 while 循环:

public class Demo3_4
 { 
public static void main(String[] args) 
{ int a = 0; 
while (a < 10) 
{ a++; }
 }
 }

字节码是

0: iconst_0 
1: istore_1 0~1将0给a
2: iload_1 
3: bipush 10 
5: if_icmpge 14 
8: iinc 1, 1 
11: goto 2 
14: return

2.7 练习 - 判断结果

请从字节码角度分析,下列代码运行的结果:


image.png

2.8 构造方法

public class Demo3_8_1 
{ static int i = 10;
 static {
 i = 20;
 }
static {
 i = 30; 
} 
}

编译器会按从上至下的顺序,收集所有 static 静态代码块和静态成员赋值的代码,合并为一个特殊的方
()V :

0: bipush 10 
2: putstatic #2 // Field i:I 
5: bipush 20 
7: putstatic #2 // Field i:I 
10: bipush 30 
12: putstatic #2 // Field i:I 
15: return

()V 方法会在类加载的初始化阶段被调用
2) ()V


捕获.PNG

编译器会按从上至下的顺序,收集所有 {} 代码块和成员变量赋值的代码,形成新的构造方法,但原始构
造方法内的代码总是在最后

image.png

2.9 方法调用

看一下几种不同的方法调用对应的字节码指令

image.png

字节码


捕获.PNG

1.new 是创建【对象】,给对象分配堆内存,执行成功会将【对象引用】压入操作数栈
2.dup 是赋值操作数栈栈顶的内容,本例即为【对象引用】,为什么需要两份引用呢,一个是要配合 invokespecial 调用该对象的构造方法 "":()V (会消耗掉栈顶一个引用),另一个要
配合 astore_1 赋值给局部变量
3.最终方法(final),私有方法(private),构造方法都是由 invokespecial 指令来调用,属于静态绑定
4.普通成员方法是由 invokevirtual 调用,属于动态绑定,即支持多态
5.成员方法与静态方法调用的另一个区别是,执行方法前是否需要【对象引用】
6.比较有意思的是 d.test4(); 是通过【对象引用】调用一个静态方法,可以看到在调用
invokestatic 之前执行了 pop 指令,把【对象引用】从操作数栈弹掉了д
这里我懂啦,当时看阿里巴巴的开发文档的时候有说尽量不要使用对象来调用方法。我当时还寻思为啥呢,不都差不多啊,现在看来,如果是对象调用的话,这个对象会先入栈再出栈这样来说浪费两次操作可能会影响性能。

7.还有一个执行 invokespecial 的情况是通过 super 调用父类方法

2.10 多态的原理

捕获.PNG

这个我能做出来
可是他用hotspot查看地址之后突然超纲,我有点懵
没想到java也被封装了这么多层,
那就直接记结论吧

8)小结
当执行 invokevirtual 指令时,

  1. 先通过栈帧中的对象引用找到对象
  2. 分析对象头,找到对象的实际 Class
  3. Class 结构中有 vtable,它在类加载的链接阶段就已经根据方法的重写规则生成好了
  4. 查表得到方法的具体地址
  5. 执行方法的字节码

2.11 异常处理

try-catch

image.png
捕获.PNG

因为异常出现时,只能进入 Exception table 中一个分支,所以局部变量表 slot 2 位置被共用

同理 多个catch块的话哪有有多个Exception table下面的参数,代表更多的在该范围内出现的异常

finally


image.png
捕获.PNG

2.12 练习 - finally 面试题
finally 出现了 return

image.png
捕获.PNG

最后肯定20

由于 finally 中的 ireturn 被插入了所有可能的流程,因此返回结果肯定以 finally 的为准
至于字节码中第 2 行,似乎没啥用,且留个伏笔,看下个例子
跟上例中的 finally 相比,发现没有 athrow 了,这告诉我们:如果在 finally 中出现了 return,会
吞掉异常

image.png

这个例子就不会报错,非常恐怖,所以我们不要在finally中写return

finally 对返回值影响


image.png

这个是10

捕获.PNG

2.13 synchronized

image.png
捕获.PNG

注意
方法级别的 synchronized 不会在字节码指令中有所体现

3. 编译期处理

所谓的 语法糖 ,其实就是指 java 编译器把 *.java 源码编译为 *.class 字节码的过程中,自动生成和转换的一些代码,主要是为了减轻程序员的负担,算是 java 编译器给我们的一个额外福利(给糖吃嘛)
注意,以下代码的分析,借助了 javap 工具,idea 的反编译功能,idea 插件 jclasslib 等工具。另外,编译器转换的结果直接就是 class 字节码,只是为了便于阅读,给出了 几乎等价 的 java 源码方式,并不是编译器还会转换出中间的 java 源码,切记。

public class Candy1 {
 }
public class Candy1 {
 // 这个无参构造是编译器帮助我们加上的 
public Candy1() {
 super(); 
// 即调用父类 Object 的无参构造方法,即调用 java/lang/Object." ":()V
 } 
}

3.2 自动拆装箱

这个特性是 JDK 5 开始加入的, 代码片段1 :

image.png

这段代码在 JDK 5 之前是无法编译通过的,必须改写为 代码片段2 :

image.png

3.3 泛型集合取值

泛型也是在 JDK 5 开始加入的特性,但 java 在编译泛型代码后会执行 泛型擦除 的动作,即泛型信息
在编译为字节码之后就丢失了,实际的类型都当做了 Object 类型来处理:

image.png

所以在取值时,编译器真正生成的字节码中,还要额外做一个类型转换的操作:

image.png

如果前面的 x 变量类型修改为 int 基本类型那么最终生成的字节码是:

image.png

还好这些麻烦事都不用自己做。
擦除的是字节码上的泛型信息,可以看到 LocalVariableTypeTable 仍然保留了方法参数泛型的信息 这部分就是类型泛型信息,如果我们使用反射还是能调用出来

使用反射,仍然能够获得这些信息:

image.png

输出

image.png

3.4 可变参数

可变参数也是 JDK 5 开始加入的新特性: 例如:

image.png

可变参数 String... args 其实是一个 String[] args ,从代码中的赋值语句中就可以看出来。 同 样 java 编译器会在编译期间将上述代码变换为:

image.png

注意 如果调用了 foo() 则等价代码为 foo(new String[]{}) ,创建了一个空的数组,而不会
传递 null 进去

3.5 foreach 循环

仍是 JDK 5 开始引入的语法糖,数组的循环:

image.png
image.png

而集合的循环:

image.png

实际被编译器转换为对迭代器的调用:

image.png

注意 foreach 循环写法,能够配合数组,以及所有实现了 Iterable 接口的集合类一起使用,其
中 Iterable 用来获取集合的迭代器( Iterator )

3.6 switch 字符串

从 JDK 7 开始,switch 可以作用于字符串和枚举类,这个功能其实也是语法糖,例如:

捕获.PNG

注意 switch 配合 String 和枚举使用时,变量不能为null,原因分析完语法糖转换后的代码应当自然清楚

会被编译器转换为:

image.png

很简单,防止哈希碰撞

可以看到,执行了两遍 switch,第一遍是根据字符串的 hashCode 和 equals 将字符串的转换为相应
byte 类型,第二遍才是利用 byte 执行进行比较。
为什么第一遍时必须既比较 hashCode,又利用 equals 比较呢?hashCode 是为了提高效率,减少可
能的比较;而 equals 是为了防止 hashCode 冲突,例如 BM 和 C. 这两个字符串的hashCode值都是2123 ,如果有如下代码:

捕获.PNG

会被编译器转换为:

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3.7 switch 枚举

switch 枚举的例子(枚举看的少,学学得啦,毕竟java7新技术),原始代码:

image.png
image.png
image.png

3.8 枚举类

JDK 7 新增了枚举类,以前面的性别枚举为例:

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转换后代码:

捕获.PNG

3.9 try-with-resources

JDK 7 开始新增了对需要关闭的资源处理的特殊语法 try-with-resources`:

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其中资源对象需要实现 AutoCloseable 接口,例如 InputStream 、 OutputStream 、 Connection 、 Statement 、 ResultSet 等接口都实现了 AutoCloseable ,使用 try-with- resources 可以不用写 finally 语句块,编译器会帮助生成关闭资源代码,例如:

image.png

会被转换为:

捕获.PNG

为什么要设计一个 addSuppressed(Throwable e) (添加被压制异常)的方法呢?是为了防止异常信
息的丢失(想想 try-with-resources 生成的 fianlly 中如果抛出了异常):

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输出:

image.png

3.10 方法重写时的桥接方法

我们都知道,方法重写时对返回值分两种情况:
父子类的返回值完全一致
子类返回值可以是父类返回值的子类(比较绕口,见下面的例子)

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对于子类,java 编译器会做如下处理:

image.png

其中桥接方法比较特殊,仅对 java 虚拟机可见,并且与原来的 public Integer m() 没有命名冲突,可以
用下面反射代码来验证:

image.png

3.11 匿名内部类

源代码:

image.png

转换后代码:

image.png

引用局部变量的匿名内部类,源代码:

image.png

转换后代码:

image.png
捕获.PNG
image.png

4. 类加载阶段

4.1 加载

将类的字节码载入方法区中,内部采用 C++ 的 instanceKlass 描述 java 类,它的重要 field 有:
_java_mirror 即 java 的类镜像,例如对 String 来说,就是 String.class,作用是把 klass 暴
露给 java 使用
_super 即父类
_fields 即成员变量
_methods 即方法
_constants 即常量池
_class_loader 即类加载器
_vtable 虚方法表
_itable 接口方法表
如果这个类还有父类没有加载,先加载父类
加载和链接可能是交替运行的

注意
instanceKlass 这样的【元数据】是存储在方法区(1.8 后的元空间内),但 _java_mirror
是存储在堆中
可以通过前面介绍的 HSDB 工具查看

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4.2 链接

验证
验证类是否符合 JVM规范,安全性检查
用 UE 等支持二进制的编辑器修改 HelloWorld.class 的魔数,在控制台运行

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准备
为 static 变量分配空间,设置默认值
static 变量在 JDK 7 之前存储于 instanceKlass 末尾,从 JDK 7 开始,存储于 _java_mirror 末尾
static 变量分配空间和赋值是两个步骤,分配空间在准备阶段完成,赋值在初始化阶段完成
如果 static 变量是 final 的基本类型,以及字符串常量,那么编译阶段值就确定了,赋值在准备阶
段完成
如果 static 变量是 final 的,但属于引用类型,那么赋值也会在初始化阶段完成
将常量池中的符号引用解析为直接引用

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4.3 初始化

()V 方法
初始化即调用 ()V ,虚拟机会保证这个类的『构造方法』的线程安全
发生的时机
概括得说,类初始化是【懒惰的】
main 方法所在的类,总会被首先初始化
首次访问这个类的静态变量或静态方法时
子类初始化,如果父类还没初始化,会引发
子类访问父类的静态变量,只会触发父类的初始化
Class.forName
new 会导致初始化
不会导致类初始化的情况
访问类的 static final 静态常量(基本类型和字符串)不会触发初始化
类对象.class 不会触发初始化
创建该类的数组不会触发初始化

实验

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验证(实验时请先全部注释,每次只执行其中一个)

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4.4 练习

从字节码分析,使用 a,b,c 这三个常量是否会导致 E 初始化

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典型应用 - 完成懒惰初始化单例模式

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以上的实现特点是:
懒惰实例化
初始化时的线程安全是有保障的

5. 类加载器

以 JDK 8 为例:

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5.1 启动类加载器

用 Bootstrap 类加载器加载类:

image.png

执行

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输出

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5.2 扩展类加载器

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执行

image.png

输出

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写一个同名的类

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将 jar 包拷贝到 JAVA_HOME/jre/lib/ext
重新执行 Load5_2
输出

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5.3 双亲委派模式

所谓的双亲委派,就是指调用类加载器的 loadClass 方法时,查找类的规则

image.png
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执行流程为:

  1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader //1 处, 开始查看已加载的类,结果没有
  2. sun.misc.LauncherExtClassLoader.loadClass() 3. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader // 1 处,查看已加载的类,结果没有
  3. BootstrapClassLoader 是在 JAVA_HOME/jre/lib 下找 H 这个类,显然没有
  4. sun.misc.LauncherAppClassLoader 的 // 2 处 7. 继续执行到 sun.misc.Launcher$AppClassLoader // 4 处,调用它自己的 findClass 方法,在
    classpath 下查找,找到了

5.4 线程上下文类加载器

我们在使用 JDBC 时,都需要加载 Driver 驱动,不知道你注意到没有,不写

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")

也是可以让 com.mysql.jdbc.Driver 正确加载的,你知道是怎么做的吗?
让我们追踪一下源码:

image.png

先不看别的,看看 DriverManager 的类加载器:

System.out.println(DriverManager.class.getClassLoader());

打印 null,表示它的类加载器是 Bootstrap ClassLoader,会到 JAVA_HOME/jre/lib 下搜索类,但
JAVA_HOME/jre/lib 下显然没有 mysql-connector-java-5.1.47.jar 包,这样问题来了,在
DriverManager 的静态代码块中,怎么能正确加载 com.mysql.jdbc.Driver 呢?
继续看 loadInitialDrivers() 方法:

捕获.PNG

先看 2)发现它最后是使用 Class.forName 完成类的加载和初始化,关联的是应用程序类加载器,因此
可以顺利完成类加载
再看 1)它就是大名鼎鼎的 Service Provider Interface (SPI)
约定如下,在 jar 包的 META-INF/services 包下,以接口全限定名名为文件,文件内容是实现类名称

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来得到实现类,体现的是【面向接口编程+解耦】的思想,在下面一些框架中都运用了此思想:
JDBC
Servlet 初始化器
Spring 容器
Dubbo(对 SPI 进行了扩展)
接着看 ServiceLoader.load 方法:

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线程上下文类加载器是当前线程使用的类加载器,默认就是应用程序类加载器,它内部又是由
Class.forName 调用了线程上下文类加载器完成类加载,具体代码在 ServiceLoader 的内部类
LazyIterator 中:

捕获.PNG

5.5 自定义类加载器

问问自己,什么时候需要自定义类加载器
1)想加载非 classpath 随意路径中的类文件
2)都是通过接口来使用实现,希望解耦时,常用在框架设计
3)这些类希望予以隔离,不同应用的同名类都可以加载,不冲突,常见于 tomcat 容器
步骤:

  1. 继承 ClassLoader 父类
  2. 要遵从双亲委派机制,重写 findClass 方法
    注意不是重写 loadClass 方法,否则不会走双亲委派机制
  3. 读取类文件的字节码
  4. 调用父类的 defineClass 方法来加载类
  5. 使用者调用该类加载器的 loadClass 方法
    示例:
    准备好两个类文件放入 E:\myclasspath,它实现了 java.util.Map 接口,可以先反编译看一下:

6. 运行期优化

这部分没懂,有机会再补充吧。

这部分类加载与字节码技术学习了4天,由于比较匆忙,挺多笔记都是复制粘贴的(不然就要开学了没完整的时间学),所以就加快了进度,虽是囫囵吞枣但好歹也对jvm有了一点理解,希望往后能将学到的东西融会贯通真正变成自己的。等以后有机会重新认真补一补jvm的技术吧,jvm不可能在短时间内弄懂的。

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