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java类加载机制

发表于: 2015-07-08   作者:BlueSkator   来源:转载   浏览:
摘要: java类加载机制 1.java类加载器的树状结构 引导类加载器 ^ | 扩展类加载器 ^ | 系统类加载器 java使用代理模式来完成类加载,java的类加载器也有类似于继承的关系,引导类是最顶层的加载器,它是所有类的根加载器,它负责加载java核心库。当一个类加载器接到装载类到虚拟机的请求时,通常会代理给父类加载器,若已经是根加载器了,就自己完成加载。 虚拟机区分一个Cla

java类加载机制

1.java类加载器的树状结构

引导类加载器

^

|

扩展类加载器

^

|

系统类加载器

java使用代理模式来完成类加载,java的类加载器也有类似于继承的关系,引导类是最顶层的加载器,它是所有类的根加载器,它负责加载java核心库。当一个类加载器接到装载类到虚拟机的请求时,通常会代理给父类加载器,若已经是根加载器了,就自己完成加载。

虚拟机区分一个Class对象时,有两个因素,一个是些Class对应的java类,另一个是加载这个java类的加载器实例,即使同一个加载器的两个不同实例来加载同一个java类得到的Class对象也认定是不同的Class实例。

引用了一段话:不同的类加载器为相同名称的类创建了额外的名称空间。相同名称的类可以并存在 Java 虚拟机中,只需要用不同的类加载器来加载它们即可。不同类加载器加载的类之间是不兼容的,这就相当于在 Java 虚拟机内部创建了一个个相互隔离的 Java 类空间。

使用代理模式来加载类的好处是,虚拟机为保证java提供的一些核心类之间可以兼容,比如要完成

Object obj=new String();这样的操作是合法的,那末,就必须保证Object和String都是用同一个加载器加载到虚拟机的。

另外,java还有一个加载器,叫做,线程上下文类加载器。它主要是解决前边提到的java类加载器不能完成的任务。在某些情形下,有可能java会抛出java.lang.ClassNotFoundException,是因为父加载器不能代理给子加载器去完成某个类的加载工作,实际上,父加载器根本不知道这个类的存在。线程上下文加载器,实际上是提供了一个更底层次的加载办法,它位于最底层,有它加载类,就可以保证它会沿代理路径将类代理给更上一层的加载器。

线程类加载器可以set自己的特定类加载器。

2.类加载器与OSGi

OSGi是java的动态模块系统,它提供组件运行环境。在java中各个模块有自己的类加载器,如果模块a引用了模块b的类,加载任务会传递,具体地,模块b的类加载器加载完了自己的类后,发现这个类还引用了模块a的类,那么模块b会把类加载的任务代理给模块a,让a去加载被引用的类。要做到兼容性,要做到的唯一条件就是,保证这些模块的类由同一类加载实例来完成。

3.类加载器与Web容器

Web容器有自己的一套类加载器,但是Java servlet规范约定另一套类加载路径,它刚好一上述代理路径 是相反的,这样做的目的是保证优先使用Web应用的类加载器,当Web应用找不到某个类时,再请求Web容器的类加载器,但Web容器不会搜索Java核心库,这 是出于保证Java核心库的类型安全考虑。

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概述

虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型,这就是虚拟机的类加载机制。

Java 里天生可以动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。

类加载的时机

加载( Loading)、 验证( Verification)、 准备( Preparation)、 解析( Resolution)、 初始化( Initialization)、 使用( Using) 和卸载( Unloading) 7 个阶段。

虚拟机规范则是严格规定了有且只有 5 种情况必须立即对类进行“初始化”(而加载、验证、准备自然需要在此之前开始):

1) 遇到 new、 getstatic、 putstatic 或 invokestatic 这 4 条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
2) 使用 java. lang. reflect 包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
3) 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化。
4) 当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含 main() 方法的那个类),虚拟机会先初始化这个主类。
5) 当使用 JDK   1. 7 的动态语言支持时,如果一个 java. lang. invoke. MethodHandle 实例最后的解析结果 REF_ getStatic、 REF_ putStatic、 REF_ invokeStatic 的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。

通过 子类引用父类的静态字段,不会导致子类初始化。是否要触发子类的加载和验证,在虚拟机规范中并未明确规定,这点取决于虚拟机的具体实现。

通过 数组定义来引用类,不会触发此类的初始化。

 加载

在加载阶段,虚拟机需要完成以下 3 件事情:

1) 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2) 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
3) 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。
  • 对于数组类而言,情况就有所不同,数组类本身不通过类加载器创建,它是由 Java 虚拟机直接创建的。但数组类与类加载器仍然有很密切的关系,因为数组类的元素类型( Element   Type, 指的是数组去掉所有维度的类型)最终是要靠类加载器去创建
  • 加载阶段完成后,虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中。
  • Class类对象并没有明确规定是在 Java 堆中,对于 HotSpot 虚拟机而言, Class 对象比较特殊,它虽然是对象,但是存放在方法区里面。

 

 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。

验证阶段大致上会完成下面 4 个阶段的检验动作:

 

文件格式验证: 第一阶段要验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范。

 

元数据验证:第二阶段是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。

 

字节码验证:主要目的是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。

 

符号引用验证:最后一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将在连接的第三阶段——解析阶段中发生。

 

 准备

这个阶段进行内存分配的仅包括类变量(被 static 修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中。其次,这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值。

public static int value= 123;

把 value 赋值为 123 的动作将在初始化阶段才会执行。

特殊情况:如果类字段的字段属性表中存在 ConstantValue 属性,那在准备阶段变量 value 就会被初始化为 ConstantValue 属性所指定的值,假设上面类变量 value 的定义变为:

public static final int value= 123;

编译时 Javac 将会为 value 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟机就会根据 ConstantValue 的设置将 value 赋值为 123。

 

 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。

 

初始化

 

在准备阶段,变量已经赋过一次系统要求的初始值,而在初始化阶段,则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源,或者可以从另外一个角度来表达:初始化阶段是执行类构造器< clinit >()方法的过程。

 

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