类加载过程介绍

一、类的生命周期

 

 

类被加载到jvm虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，他的生命周期可以分为：加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载。

 

其中验证、准备、解析统一称为链接阶段

 

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

 

2、链接

 

2.1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。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：

 

　　1）文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。

　　2）元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如：这个类是否有父类，除了java.lang.Object之外。

　　3）字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。

　　4）符号引用验证：确保解析动作能正确执行。

 

验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。

 

2.2准备

 

　　当完成字节码文件的校验之后，JVM 便会开始为类变量分配内存并初始化。这里需要注意两个关键点，即内存分配的对象以及初始化的类型。

 

内存分配的对象。Java 中的变量有「类变量」和「类成员变量」两种类型，「类变量」指的是被 static 修饰的变量，而其他所有类型的变量都属于「类成员变量」。

 

在准备阶段，JVM 只会为「类变量」分配内存，而不会为「类成员变量」分配内存。「类成员变量」的内存分配需要等到初始化阶段才开始。

 

例如下面的代码在准备阶段，只会为 factor 属性分配内存，而不会为 website 属性分配内存。

 

public static int factor = 3;

public String website = "www.baidu.com";

初始化的类型。在准备阶段，JVM 会为类变量分配内存，并为其初始化。但是这里的初始化指的是为变量赋予 Java 语言中该数据类型的零值，而不是用户代码里初始化的值。

例如下面的代码在准备阶段之后，sector 的值将是 0，而不是 3。

 

public static int sector = 3;

但如果一个变量是常量（被 static final 修饰）的话，那么在准备阶段，属性便会被赋予用户希望的值。例如下面的代码在准备阶段之后，number 的值将是 3，而不是 0。

 

public static final int number = 3;

2.3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类符号引用进行。

 

符号引用：简单的理解就是字符串，比如引用一个类，java.util.ArrayList 这就是一个符号引用，字符串引用的对象不一定被加载。

直接引用：指针或者地址偏移量。引用对象一定在内存（已经加载）。

 

3、初始化

 

　　初始化，这个阶段就是执行类构造器< clinit >()方法的过程，为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化。

 

在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式：

 

　　声明类变量是指定初始值

　　使用静态代码块为类变量指定初始值

JVM初始化步骤

　　1）假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类

　　2）假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类

　　3）假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

类初始化时机：只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化，类的主动使用包括以下六种：

　　1）创建类的实例，也就是new的方式

　　2）访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

　　3）调用类的静态方法

　　4）反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）

　　5）初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化

　　6）Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（Java Test），直接使用java.exe命令来运行某个主类

 

不会导致类初始化的情况

　　1）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

　　2）类对象.class 不会触发初始化

　　3）创建该类的数组不会触发初始化

 

4、使用

 

　　当 JVM 完成初始化阶段之后，JVM 便开始从入口方法开始执行用户的程序代码。

 

5、卸载

 

　　当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存。

 

二、类加载器

 

1、类加载器分类

 

　　1）启动类加载器：Bootstrap ClassLoader，负责加载存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar，所有的java.开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载）。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。

　　2）扩展类加载器：Extension ClassLoader，该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载JDK\jre\lib\ext目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。

　　3）应用程序类加载器：Application ClassLoader，该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

 

应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，我们还可以加入自定义的类加载器。

 

2、双亲委派

 

 

 

 

 

 类加载器加载类的源码

 

复制代码

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)

        throws ClassNotFoundException

    {

        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {

            // 1. 检查该类是否已经加载

            Class<?> c = findLoadedClass(name);

            if (c == null) {

                long t0 = System.nanoTime();

                try {

                    if (parent != null) {

                        // 2. 有上级的话，委派上级 loadClass

                        c = parent.loadClass(name, false);

                    } else {

                        // 3. 如果没有上级了（ExtClassLoader），则委派BootstrapClassLoader

                        c = findBootstrapClassOrNull(name);

                    }

                } catch (ClassNotFoundException e) {

                    // ClassNotFoundException thrown if class not found

                    // from the non-null parent class loader

                }

 

                if (c == null) {

                    // If still not found, then invoke findClass in order

                    // to find the class.

                    long t1 = System.nanoTime();

                    // 4. 每一层找不到，调用 findClass 方法（每个类加载器自己扩展）来加载

                    c = findClass(name);

 

                    // this is the defining class loader; record the stats

                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);

                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);

                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();

                }

            }

            if (resolve) {

                resolveClass(c);

            }

            return c;

        }

    }

复制代码

 从图中我们发现除启动类加载器外，每个加载器都有父的类加载器。

双亲委派机制：如果一个类加载器在接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求任务委托给父类加载器去完成，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。

 

 

 

从类的继承关系来看，ExtClassLoader和AppClassLoader都是继承URLClassLoader，都是ClassLoader的子类。而BootStrapClassLoader是有C写的，不再java的ClassLoader子类中。

从图中可以看到类加载器间的父子关系不是以继承的方式实现的，而是以组合关系的方式来复用父加载器的代码。

 

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先会把这个请求委派给父加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此。

 

双亲委派模型的好处

　　Java类随着加载它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。比如，Java中的Object类，它存放在rt.jar之中,无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object在各种类加载环境中都是同一个类。如果不采用双亲委派模型，那么由各个类加载器自己取加载的话，那么系统中会存在多种不同的Object类。