描述一下JVM加载class文件的原理机制

Java中的所有类,都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类,而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。在写程序的时候,我们几乎不需要关心类的加载,因为这些都是隐式装载的,除非我们有特殊的用法,像是反射,就需要显式的加载所需要的类。

 

类装载方式,有两种 :

1.隐式装载, 程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时,隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中,

2.显式装载, 通过class.forname()等方法,显式加载需要的类

 

Java类的加载是动态的,它并不会一次性将所有类全部加载后再运行,而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中,至于其他类,则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。

 

Java的类加载器有三个,对应Java的三种类:

 

Bootstrap Loader  :启动类加载器,是虚拟机自身的一部分。负责将存放在lib目录中的类库加载到虚拟机中。其无法被Java程序直接引用。 负责加载系统类 (指的是内置类,像是String,对应于C#中的System类和C/C++标准库中的类)

             

ExtClassLoader   : 负责加载扩展类(就是继承类和实现类)

                           

AppClassLoader   :负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库(程序员自定义的类)

 

JVM中类的加载是由类加载器(ClassLoader)和它的子类来实现的,Java中的类加载器是一个重要的Java运行时系统组件,它负责在运行时查找和装入类文件中的类。

由于Java的跨平台性,经过编译的Java源程序并不是一个可执行程序,而是一个或多个类文件。当Java程序需要使用某个类时,JVM会确保这个类已经被加载、连接(验证、准备和解析)和初始化

类的加载是指把类的.class文件中的数据读入到内存中,通常是创建一个字节数组读入.class文件,然后产生与所加载类对应的Class对象。加载完成后,Class对象还不完整,所以此时的类还不可用。

当类被加载后就进入连接阶段,这一阶段包括

验证: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。

准备:为静态变量分配内存并设置默认的初始值。

解析:将符号引用替换为直接引用。

最后JVM对类进行初始化,包括:1)如果类存在直接的父类并且这个类还没有被初始化,那么就先初始化父类;2)如果类中存在初始化语句,就依次执行这些初始化语句。

类的加载是由类加载器完成的,类加载器包括:启动类加载器(BootStrap)、扩展类加载器(Extension)、应用程序类加载器(Application)。      

从Java 2(JDK 1.2)开始,类加载过程采取了双亲委派模型(PDM)。PDM更好的保证了Java平台的安全性,在该机制中,JVM自带的Bootstrap是启动类加载器,其他的加载器都有且仅有一个父类加载器。类的加载首先请求父类加载器加载,父类加载器无能为力时才由其子类加载器自行加载。JVM不会向Java程序提供对Bootstrap的引用。

 

双亲委派模型:要求除了顶层的启动类加载器外,其余加载器都应当有自己的父类加载器。类加载器之间的父子关系,一般不会以继承的关系来实现,而是通过组合关系复用父加载器的代码。

  工作过程:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器完成。

每个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中,

只有到父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载。

  为什么要使用:Java类随着它的类加载器一起具备了一种带优先级的层次关系。

比如java.lang.Object,它存放在rt.jar中,无论哪个类加载器要加载这个类,最终都是委派给启动类加载器进行加载,

因此Object类在程序的各个类加载器环境中,都是同一个类。

自己编写一个与rt.jar类库中已有类重名的java类,可以正常编译,但无法被加载运行。

 

委托机制的意义 — 防止内存中出现多份同样的字节码 
比如两个类A和类B都要加载System类:

如果不用委托而是自己加载自己的,那么类A就会加载一份System字节码,然后类B又会加载一份System字节码,这样内存中就出现了两份System字节码。
如果使用委托机制,会递归的向父类查找,也就是首选用Bootstrap尝试加载,如果找不到再向下。这里的System就能在Bootstrap中找到然后加载,如果此时类B也要加载System,也从Bootstrap开始,此时Bootstrap发现已经加载过了System那么直接返回内存中的System即可而不需要重新加载,这样内存中就只有一份System的字节码了。

 

能不能自己写个类叫java.lang.System?

答案:通常不可以,但可以采取另类方法达到这个需求。 
解释:为了不让我们写System类,类加载采用委托机制,这样可以保证父类加载器优先,父类加载器能找到的类,子加载器就没有机会加载。而System类是Bootstrap加载器加载的,就算自己重写,也总是使用Java系统提供的System,自己写的System类根本没有机会得到加载。

但是,我们可以自己定义一个类加载器来达到这个目的,为了避免双亲委托机制,这个类加载器也必须是特殊的。由于系统自带的三个类加载器都加载特定目录下的类,如果我们自己的类加载器放在一个特殊的目录,那么系统的加载器就无法加载,也就是最终还是由我们自己的加载器加载。

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