图解JVM类加载机制和双亲委派模型

Posted 2021-04-17 Java英雄之旅

我们都知道以 .java 结尾的 Java 源文件，经过编译之后会变成 .class 结尾的字节码文件。JVM 通过类加载器来加载字节码文件，然后再执行程序。

类加载机制

什么时候加载一个类

那么，**什么时候类加载器会加载一个类呢？**用到这个类的时候，JVM的类加载器就会加载这个类。用到这两个字说起来很抽象，我用代码和图例来说明。

有下面这样一段代码，一个类EmergencyPlan，里面有一个main()函数，main()函数做的事情是创建了一个 Account 对象。

public class EmergencyPlan {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
    }
}

我们应该知道运行 JVM 就相当于启动了一个 Java 的进程，它会从程序的主函数，即main()函数开始执行。所以类加载的步骤是这样的：

加载

1. 先加载主函数所在的类 EmergencyPlan
2. 由于 EmergencyPlan使用了 Account，所以继续加载 Account

准备和初始化的区别

类加载机制总共有这样7个步骤：加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化 -> 使用 -> 卸载。接下来先把每个阶段在做什么讲一下，再着重对比一下准备阶段和初始化阶段。

• 验证阶段：验证字节码文件是否符合JVM的规范。这挺好理解，万一字节码文件被修改过，JVM压根无法执行咋办。所以加载之后先验证一下。
• 准备阶段：为类分配内存空间，为变量赋初值。
• 解析阶段：符号引用替换为直接引用。
• 初始化阶段：执行初始化代码，new对象；执行static代码块；父类没有初始化要先初始化父类。

用代码和画图来说明一下准备阶段和初始化阶段。

public class EmergencyPlan {
    public static int id
            = Configuration.getInt("plan_id");
}

这段代码说的是EmergencyPlan这个类有一个变量id，通过getInt()为其赋值：

• 准备阶段会为 id开辟一个内存空间，但不会执行赋值操作，仅仅是赋予一个初值0。
• 初始化阶段才会执行 getInt()为变量 id初始化值。

类加载的过程就变成了下图所示的样子：

类加载过程

类加载器和双亲委派模型

JVM进行类加载是通过类加载器完成，类加载器是一种亲子层级结构的模型。Java里面的类加载器有这样几种：

• 启动类加载器。加载 JDK 中 lib 目录中 Java 的核心类库，即 $JAVA_HOME/lib目录。
• 扩展类加载器。加载 lib/ext 目录下的类。
• 应用程序类加载器。加载我们写的应用程序。
• 自定义类加载器。根据自己的需求定制类加载器。

那什么是双亲委派模型呢？类加载器是一种亲自层级结构，就像下图所示：

双亲委派模型

比如要加载上面的EmergencyPlan类，应用程序类加载器会先问它的父亲扩展类加载器，你能帮我加载么？扩展类加载器会再问它的父亲启动类加载器，你能帮我加载么？

显然EmergencyPlan是一个应用程序类。启动类加载器会告诉扩展类加载器，你自己去加载；扩展类加载器就会告诉应该程序类加载器，你自己去加载。最后，应用程序类加载器就自己加载了EmergencyPlan。

流程图总结

最后来在类加载的流程图上，把双亲委派模型也添加上去。

流程总结