JVM类加载机制分为五个部分:加载,验证,准备,解析,初始化
加载
加载是类加载过程中的一个阶段,这个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入口。注意这里不一定非得要从一个Class文件获取,这里既可以从ZIP包中读取(比如从jar包和war包中读取),也可以在运行时计算生成(动态代理),也可以由其它文件生成(比如将JSP文件转换成对应的Class类)。
验证
这一阶段的主要目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息是否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
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段,即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如一个类变量定义为:
public static int v = 8080;
实际上变量v在准备阶段过后的初始值为0而不是8080,将v赋值为8080的putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器
但是注意如果声明为:public static final int v = 8080;在编译阶段会为v生成ConstantValue属性,在准备阶段虚拟机会根据ConstantValue属性将v赋值为8080。
解析
解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是class文件中的:
CONSTANT_Class_info
CONSTANT_Field_info
CONSTANT_Method_info
等类型的常量。
符号引用和直接引用的概念:
符号引用与虚拟机实现的布局无关,引用的目标并不一定要已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同,但是它们能接受的符号引用必须是一致的,因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
直接引用可以是指向目标的指针,相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在。
初始化
初始化阶段是类加载最后一个阶段,前面的类加载阶段之后,除了在加载阶段可以自定义类加载器以外,其它操作都由JVM主导。到了初始阶段,才开始真正执行类中定义的Java程序代码。
初始化阶段是执行类构造器
注: 如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块,那么编译器可以不为这个类生成
注意以下几种情况不会执行类初始化:
通过子类引用父类的静态字段,只会触发父类的初始化,而不会触发子类的初始化。
定义对象数组,不会触发该类的初始化。
常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并没有直接引用定义常量的类,不会触发定义常量所在的类。
通过类名获取Class对象,不会触发类的初始化。
通过Class.forName加载指定类时,如果指定参数initialize为false时,也不会触发类初始化,其实这个参数是告诉虚拟机,是否要对类进行初始化。
通过ClassLoader默认的loadClass方法,也不会触发初始化动作。
类加载器
虚拟机设计团队把加载动作放到JVM外部实现,以便让应用程序决定如何获取所需的类,JVM提供了3种类加载器:
启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的,或通过-Xbootclasspath参数指定路径中的,且被虚拟机认可(按文件名识别,如rt.jar)的类。
扩展类加载器(Extension ClassLoader):负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的,或通过java.ext.dirs系统变量指定路径中的类库。
应用程序类加载器(Application ClassLoader):负责加载用户路径(classpath)上的类库。
JVM通过双亲委派模型进行类的加载,当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。
当一个类加载器收到类加载任务,会先交给其父类加载器去完成,因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器,只有当父类加载器无法完成加载任务时,才会尝试执行加载任务。
采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object,不管是哪个加载器加载这个类,最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载,这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。
自定义类加载器
在有些情境中可能会出现要我们自己来实现一个类加载器的需求
可以看到,首先通过Class c = findLoadedClass(name);判断一个类是否已经被加载过。如果没有被加载过执行if (c == null)中的程序,遵循双亲委派的模型,首先会通过递归从父加载器开始找,直到父类加载器是Bootstrap ClassLoader为止。
最后根据resolve的值,判断这个class是否需要解析。如果仍然找不到类,则执行findclass方法。
而java对这个findClass()的实现是直接抛出一个异常,并且方法是protected,很明显这是留给我们开发者自己去实现的。
自定义类加载器步骤
(1)继承ClassLoader
(2)重写findClass()方法
(3)调用defineClass()方法
自定义类加载器的作用:jvm自带的三个加载器只能加载指定路径下的类字节码。如果某个情况下,我们需要加载应用程序之外的类文件呢?比如本地D盘下的,或者去加载网络上的某个类文件,这种情况就可以使用自定义加载器了。
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