JVM类加载机制-让你明明白白的了解类的执行流程

一、类加载运行过程

1.1 类加载到jvm的流程

当我们使用java命令运行某个类的main函数启动程序时首先需要通过类加载器把主类加载到jvm里。

1.2 loadClass的类加载过程

其中loadClass的类加载过程有如下几步

加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载

• 加载在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件使用到类时才会加载例如调用类的main()方法new对象等等在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象作为方法区这个类的各种数据的访问入口

• 验证校验字节码文件的正确性

• 准备给类的静态变量分配内存并赋予默认值

• 解析将符号引用替换为直接引用该阶段会把一些静态方法(符号引用比如main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)这是所谓的静态链接过程(类加载期间完成)动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用下节课会讲到动态链接

• 初始化对类的静态变量初始化为指定的值执行静态代码块

1.3 类在何时候加载

注意主类在运行过程中如果使用到其它类会逐步加载这些类。

jar包或war包里的类不是一次性全部加载的是使用到时才加载

package cn.phlos.csdn.demo;

public class Test {

    static {
        System.out.println("*************load Test************");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new A();
        System.out.println("*************load test************");
        B b = null;  //B不会加载除非这里执行 new B()
    }
}

class A {
    static {
        System.out.println("*************load A************");
    }

    public A() {
        System.out.println("*************initial A************");
    }
}

class B {
    static {
        System.out.println("*************load B************");
    }

    public B() {
        System.out.println("*************initial B************");
    }
}

运行结果

*************load Test************
*************load A************
*************initial A************
*************load test************

二、类加载器和双亲委派机制

2.1 类加载器的种类

上面的类加载过程主要是通过类加载器来实现的Java里有如下几种类加载器

• 引导类加载器负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库比如rt.jar、charsets.jar等

• 扩展类加载器负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包

• 应用程序类加载器负责加载ClassPath路径下的类包主要就是加载你自己写的那些类

• 自定义加载器负责加载用户自定义路径下的类包

案例

package cn.phlos.csdn.demo;

import sun.misc.Launcher;

import java.net.URL;

public class TestJDKClassLoader {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());
        System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());

        System.out.println();
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
        ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
        System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
        System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
        System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);

        System.out.println();
        System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件");
        URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
            System.out.println(urls[i]);
        }

        System.out.println();
        System.out.println("extClassloader加载以下文件");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));

        System.out.println();
        System.out.println("appClassLoader加载以下文件");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

    }
}

运行结果

2.2 类加载器初始化过程

• 参见类运行加载全过程图1.1可知其中会创建JVM启动器实例sun.misc.Launcher。

• 在Launcher构造方法内部其创建了两个类加载器分别是sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)和sun.misc.Launcher.AppClassLoader(应用类加载器)。

• JVM默认使用Launcher的getClassLoader()方法返回的类加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序

//Launcher的构造方法
public Launcher() {
    Launcher.ExtClassLoader var1;
    try {
        //构造扩展类加载器在构造的过程中将其父加载器设置为null
        var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
    } catch (IOException var10) {
        throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
    }

    try {
        //构造应用类加载器在构造的过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader
        //Launcher的loader属性值是AppClassLoader我们一般都是用这个类加载器来加载我们自己写的应用程序
        this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
    } catch (IOException var9) {
        throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
    }

    Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
    String var2 = System.getProperty("java.security.manager");
    //省略一些不需关注代码................

}

2.3 双亲委派机制

这里类加载其实就有一个双亲委派机制加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类找不到再委托上层父加载器加载如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。

比如我们的Test类最先会找应用程序类加载器加载应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载扩展类加载器再委托引导类加载器顶层引导类加载器在自己的类加载路径里找了半天没找到Test类则向下退回加载Test类的请求扩展类加载器收到回复就自己加载在自己的类加载路径里找了半天也没找到Test类又向下退回Test类的加载请求给应用程序类加载器应用程序类加载器于是在自己的类加载路径里找Test类结果找到了就自己加载了

双亲委派机制说简单点就是先找父亲加载不行再由儿子自己加载

我们来看下应用程序类加载器AppClassLoader加载类的双亲委派机制源码AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法该方法的大体逻辑如下

1. 首先检查一下指定名称的类是否已经加载过如果加载过了就不需要再加载直接返回。

2. 如果此类没有加载过那么再判断一下是否有父加载器如果有父加载器则由父加载器加载即调用parent.loadClass(name, false);.或者是调用bootstrap类加载器来加载。

3. 如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。

//ClassLoader的loadClass方法里面实现了双亲委派机制
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 检查当前类加载器是否已经加载了该类
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {  //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {  //如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
                    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();
                //都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类
                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) {  //不会执行
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

2.4 为什么要设计双亲委派机制呢

• 沙箱安全机制如自定义的java.lang.String.class类不会被加载这样便可以防止jdk核心API库被随意篡改

• 避免类的重复加载当父类已经加载了该类时就没有必要子ClassLoader再加载一次保证被加载类的唯一性