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JVM结构-类加载（类加载子系统，类加载的角色，类加载的过程，类加载器分类，双亲委派机制，类的主/被动使用）

news 2025/9/13 13:00:32

JVM 结构-类加载

- - 2.1类加载子系统
  - 2.2类加载的角色
  - 2.3类加载的过程
  - - 2.3.1加载
    - 2.3.2链接
    - 2.3.3初始化
  - 2.4类加载器分类
  - - 2.4.1 引导类加载器
    - 2.4.2扩展类加载器
    - 2.4.3应用程序类加载器
  - 2.5双亲委派机制
  - 2.6类的主动/被动使用

2.1类加载子系统

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类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载 class 文件。 classLoader只负责 class 文件的加载，至于它是否可以运行，则由 Execution Engine 决定。 加载的类信息存放于一块称为方法区(元空间)的内存空间

2.2类加载的角色

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class file 存在于硬盘上,可以理解为设计师画在纸上的模板,而最终这个模板在执行的时候是要加载 JVM 当中来,根据这个模板实例化出 n 个一模一样的实例
class file 加载到 JVM 中,被称为 DNA 元数据模板,放在方法区中.
在.class–>JVM–>最终称为元数据模板,此过程就要有一个运输工具(类加载器 Class Loader),扮演一个快递员的角色

2.3类加载的过程

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2.3.1加载

通过类名(地址)获取此类的二进制字节流.
将这个字节流所代表的静态存储结构转换为方法区(元空间)的运行时结构.
在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象,作为这个类的各种数据的访问入口.

2.3.2链接

验证：检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致；

验证文件格式是否一致: class 文件在文件开头有特定的文件标识(字节码文件都以 CA FE BA BE 标识开头);主,次版本号是否在当前 java 虚拟机接收范围内.

**元数据验证:**对字节码描述的信息进行语义分析,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;是否继承浏览不允许被继承的类 (final 修饰的类)…

准备：准备阶段则负责为类的静态属性分配内存，并设置默认初始值（如：int默认值0）； 不包含用 final 修饰的 static 常量,在编译时进行初始化.

例如: public static int value = 123；

value 在准备阶段后的初始值是 0,而不是 123.

解析：将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用（符号引用是 Class 文件的逻辑符号，直接引用指向的方法区中某一个地址）

例如: 编写代码方法1 中调用方法2 (符号引用)类加载到内存后把符号的引用地址换成内存的地址引用

2.3.3初始化

类什么时候初始化?

1 )创建类的实例，也就是 new 一个对象

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（Class.forName(“”)）

5）初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）

类的初始化顺序

先初始化静态的,多个静态的按照从上向下的顺序执行,

如果类有父类,则先初始化父类的静态,然后是子类.

如果是创建对象,先调用父类的构造方法,然后是子类自己的构造方法

顺序是：父类 static –> 子类 static –> 父类构造方法-

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2.4类加载器分类

站在 JVM 的角度看,类加载器可以分为两种:

引导类加载器(启动类加载器 Bootstrap ClassLoader). （不是java语言写的）
其他所有类加载器,这些类加载器由 java 语言实现,独立存在于虚拟机外部,并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader（java语言写的）

**站在 java 开发人员的角度来看,**类加载器就应当划分得更细致一些.自 JDK1.2 以来 java一直保持者三层类加载器

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2.4.1 引导类加载器

这个类加载器使用 C/C++语言实现,嵌套在 JVM 内部.它用来加载 java 核心类库
并不继承于 java.lang.ClassLoader 没有父加载器
负责加载扩展类加载器和应用类加载器,并为他们指定父类加载器
出于安全考虑,引用类加载器只加载存放在<JAVA_HOME>\lib 目录,或者被-Xbootclasspath 参数锁指定的路径中存储放的类.

2.4.2扩展类加载器

Java 语言编写的,由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现.
派生于 ClassLoader 类.
从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库,或从 JDK 系统安装目录的 jre/lib/ext 子目录(扩展目录)下加载类库.如果用户创建的 jar 放在此目录下,也会自动由扩展类加载器加载.

2.4.3应用程序类加载器

Java 语言编写的,由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现.
派生于 ClassLoader 类.
加载我们自己定义的类,用于加载用户类路径(classpath)上所有的类.
该类加载器是程序中默认的类加载器

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ClassLoader 类，它是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自 ClassLoader （不包括启动类加载器）

2.5双亲委派机制

Java 虚拟机对 class 文件采用的是按需加载的方式,也就是说当需要该类时才会将它的 class 文件加载到内存中生成 class 对象.而且加载某个类的 class 文件时,Java 虚拟机采用的是双亲委派模式,即把请求交由父类处理,它是一种任务委派模式

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工作原理:

如果一个类加载器收到了类加载请求,它并不会自己先去加载,而是把这个请求委托给父类的加载器去执行.
如果父类加载器还存在其父类加载器,则进一步向上委托,依次递归,请求最终将到达顶层的启动类加载器.
如果父类加载器可以完成类的加载任务,就成功返回,倘若父类加载器无法完成加载任务,子加载器才会尝试自己去加载,这就是双亲委派机制. 如果均加载失败，就会抛出 ClassNotFoundException 异常。

工作原理简述：

类的加载时按需加载,使用时才会加载.

类加载时,加载器都会将类交给父级类加载器加载.

如果所有的父级加载没有找到类,

则一级一级的向下委派查找.

如果都找不到,那么就会抛出异常.

思考：

我们自己创建一个名为 java.lang 的包,再创建一个名为 String 的类,当我们 new String()时,会将加载创建核心类库中的 String 对象还是创建我们自己创建的 String 类对象?

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答：答案是这段代码并不能被执行，由于双亲委派机制在类的加载时会应用程序加载类会一级一级的向上寻找最后，由于java类库中不了你来就存在这个包这个类所以它就被java类库中的String给覆盖了故执行的还是原java类库的String 故这段大吗不能被执行加载的是核心类库中的String对象

2.6类的主动/被动使用

JVM 规定,每个类或者接口被首次主动使用时才对其进行初始化,有主动使用,自然就有被动使用.

主动使用:

通过new关键字被导致类的初始化,这是大家经常使用的初始化一个类的方式,他肯定会导致类的加载并且初始化
访问类的静态变量,包括读取和更新
访问类的静态方法
对某个类进行反射操作,会导致类的初始化
初始化子类会导致父类的的初始化
执行该类的 main 函数

被动使用:

其实除了上面的几种主动使用其余就是被动使用了

1.引用该类的静态常量,注意是常量,不会导致初始化,但是也有意外,这里的常量是指已经指定字面量的常量,对于那些需要一些计算才能得出结果的常量就会导致初始化,比如:

public final static int NUMBER = 5 ; //不会导致类初始化,被动使用

public final static int RANDOM = new Random().nextInt() ; //会导致类的初始化,主动使用

2.构造某个类的数组时不会导致该类的初始化,比如:

Student[] students = new Student[10] ;

主动使用和被动使用的区别在于类是否会被初始化