JVM类加载器及Java类的生命周期

Posted 2020-10-27 黑白灰

预定义类加载器（三种）：

启动（Bootstrap）类加载器：
　　是用本地代码实现的类装入器，它负责将<Java_Runtime_Home>/lib下面的类库加载到内存中（比如rt.jar）。
由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。
扩展扩展（Extension）类加载器：
　　是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将< Java_Runtime_Home >/lib/ext或者由系统变量java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。
系统（System）类加载器：

　　是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的。它负责将系统类路径（CLASSPATH）中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用系统类加载器。

双亲委派机制：
　　某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。这是一种代理方式。

双亲委派意义：
　　系统类防止内存中出现多份同样的字节码
　　保证Java程序安全稳定运行

线程上下文类加载器（特殊）：
　　破坏了“双亲委派模型”，可以在执行线程中抛弃双亲委派加载链模式，使程序可以逆向使用类加载器。
类 java.lang.Thread中的方法 getContextClassLoader()和 setContextClassLoader(ClassLoader cl)用来获取和设置线程的上下文类加载器。
如果没有通过 setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法进行设置的话，线程将继承其父线程的上下文类加载器。Java 应用运行的初始线程的上下文类加载器是系统类加载器。在线程中运行的代码可以通过此类加载器来加载类和资源。

1.当高层提供了统一接口让低层去实现，同时又要是在高层加载（或实例化）低层的类时，必须通过线程上下文类加载器来帮助高层的ClassLoader找到并加载该类。
2.当使用本类托管类加载，然而加载本类的ClassLoader未知时，为了隔离不同的调用者，可以取调用者各自的线程上下文类加载器代为托管。

 

几点问题：

　　启动（Bootstrap）类加载器它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader。

　　Java 虚拟机是如何判定两个 Java 类是相同的？

　　Java 虚拟机不仅要看类的全名是否相同，还要看加载此类的类加载器是否一样。只有两者都相同的情况，才认为两个类是相同的。即便是同样的字节代码，被不同的类加载器加载之后所得到的类，也是不同的。

eg：

public void testClassIdentity() { 
   String classDataRootPath = "C:\\\\workspace\\\\Classloader\\\\classData"; 
   FileSystemClassLoader fscl1 = new FileSystemClassLoader(classDataRootPath); 
   FileSystemClassLoader fscl2 = new FileSystemClassLoader(classDataRootPath); 
   String className = "com.example.Sample";    
   try { 
       Class<?> class1 = fscl1.loadClass(className); 
       Object obj1 = class1.newInstance(); 
       Class<?> class2 = fscl2.loadClass(className); 
       Object obj2 = class2.newInstance(); 
       Method setSampleMethod = class1.getMethod("setSample", java.lang.Object.class); 
       setSampleMethod.invoke(obj1, obj2); 
   } catch (Exception e) { 
       e.printStackTrace(); 
   } 
}

　　代码中使用了类 FileSystemClassLoader的两个不同实例来分别加载类 com.example.Sample，得到了两个不同的 java.lang.Class的实例，接着通过 newInstance()方法分别生成了两个类的对象 obj1和 obj2，最后通过 Java 的反射 API 在对象 obj1上调用方法 setSample，试图把对象 obj2赋值给 obj1内部的 instance对象

运行结果
java.lang.reflect.InvocationTargetException
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:39)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:25)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:597)
at classloader.ClassIdentity.testClassIdentity(ClassIdentity.java:26)
at classloader.ClassIdentity.main(ClassIdentity.java:9)
Caused by: java.lang.ClassCastException: com.example.Sample
cannot be cast to com.example.Sample
at com.example.Sample.setSample(Sample.java:7)
... 6 more

　　给出的运行结果可以看到，运行时抛出了 java.lang.ClassCastException异常。虽然两个对象 obj1和 obj2的类的名字相同，但是这两个类是由不同的类加载器实例来加载的，因此不被 Java 虚拟机认为是相同的。

 

Java类的生命周期：

　　类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：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。其中准备、验证、解析3个部分统称为连接（Linking）。

加载（Loading）：

　　就是将源文件的class文件找到类的信息将其加载到方法区中，
然后在堆区中实例化一个java.lang.Class对象，作为方法区中这个类的信息的入口。

连接（Linking）：
　　验证：确定该类是否符合java语言的规范，有没有属性和行为的重复，继承是否合理，总之，就是保证jvm能够执行
　　准备：主要做的就是为由static修饰的成员变量分配内存，并设置默认的初始值
　　　　（1.八种基本数据类型默认的初始值是0
   　　　　2.引用类型默认的初始值是null
   　　　　3.有static final修饰的会直接赋值，例如：static final int x=10；则默认就是10.）
　　解析：这一阶段的任务就是把常量池中的符号引用转换为直接引用，说白了就是jvm会将所有的类或接口名、字段名、方法名转换为具体的内存地址。

初始化(Initialization)
　　这个阶段就是将静态变量（类变量）赋值的过程，即只有static修饰的才能被初始化，执行的顺序就是：
父类静态域或着静态代码块，然后是子类静态域或者子类静态代码块

使用(Using)
　　在类的使用过程中依然存在三步：对象实例化、垃圾收集、对象终结

卸载(Unloading)
　　类的生命周期走到了最后一步，程序中不再有该类的引用，该类也就会被JVM执行垃圾回收，从此生命结束。

参考文章：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-classloader/

http://blog.csdn.net/yangcheng33/article/details/52631940