JVM : 2 JVM类加载机制

Posted 2021-09-15 鮀城小帅

1. 类加载过程图示

从上图的“类加载” 过程，去看看 JVM的类加载机制是什么原理？

2. JVM 在什么情况下会加载一个类

一个类从加载到使用，会经历如下的过程：

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

JVM在执行写好的代码时，在代码中用到这个类的时候，就会从 “.class” 字节码文件中加载这个类到 JVM 内存里来。

示例：在一个类(Kafka.class）里有一个“main()” 方法作为主入口。一旦JVM进程启动，就会先把 Kafka.class 类加载到内存里，然后从 “main()” 方法的入口代码开始执行。

如果在 main() 方法中使用了 “ReplicaManager” 这个类去实例化对象，那么也需要将 “ReplicaManager.class” 字节码文件中的这个类加载到内存里去。

其加载过程如下图所示：

3. 验证、准备和初始化

（1）验证阶段

验证，就是根据 Java 虚拟机规范，来校验你加载进来的 “.class” 文件中的内容，是否符合指定的规范。只有完全符合 JVM 规范，后续才能交给 JVM 来运行。

 （2）准备阶段

一个类中，有一些类变量；比如有 “ReplicaManager” 类，它的 “ReplicaManager.class” 文件内容刚刚被加载到内存之后，会进行验证，确认这个字节码文件的内容是规范的。

接着就会进行准备工作。也就是给这个 “ReplicaManager” 类分配一定的内存空间。然后给它里面的类变量（也就是 static 修饰的变量）分配内存空间，来一个默认的初始值。

比如上面的示例里，就会给 “flushInterval” 这个类变量分配内容空间，给一个 “0” 这个初始值。

整个过程，如下图所示：

（3）解析阶段

这个阶段，是把 符号引用替换为直接引用 的过程。

（4）三个阶段小结

这里最核心的是，“准备阶段” 。准备阶段 是给加载进来的类分配好内存空间，类变量也分配好内存空间，并且给了默认的初始值。

 4. 核心阶段： 初始化

（1）类的初始化是什么

在准备阶段之后，就是进行初始化的阶段了。这一阶段会正式执行我们的类初始化的代码。

在上述代码中，对于 “flushInterval” 类变量，这里是通过 Configuration.getInt("replica.flush.interval"）这段代码来获取一个值，并且赋值给它。

而在准备阶段是不会执行这个赋值逻辑的，它仅仅是对类变量分配内存，并给初始值 “0” 而已。

该赋值逻辑的代码，是在 “初始化” 阶段执行的。这一阶段，会执行类的初始化代码，而这时上述的赋值逻辑代码就会执行，完成一个配置项的读取，然后赋值给该类变量 “flushInterval” 。

另外，static 静态代码块，也会在这个阶段来执行。

此外，static 静态方法可以给 static 静态变量赋值，也就是说，类初始化的时候，调用static静态方法从磁盘中加载数据副本，并放在静态变量中，如下示例：

 （2）什么时候会初始化一个类？（类的初始化的规则）

一般来说，比如使用 "new 类名（）" 来实例化类的对象时，就会触发类的加载到初始化的全过程，把这个类准备好，然后再实例化一个对象处来；

或者是包含 “main() ” 方法的主类，必须是立马初始化的。

此外，如果初始化一个类的时候，发现他的父类未初始化，就必须先初始化它的父类。

示例代码如下：

如果要“new ReplicaManager()” 初始化这个类的实例，就会加载这个类，然后初始化这个类；

而在初始化这个类之前，发现 AbstractDataManager作为父类还没加载和初始化，就必须先加载这个父类，并且初始化该父类。

5. 类加载器和双亲委派机制

类加载从触发时机到初始化的过程，依靠类加载器来实现。

Java里有以下几种类加载器：

（1）启动类加载器

Bootstrap ClassLoader，在JVM启动时，首先就会依托启动类加载器，负责加载机器上的 Java安装目录下的 “lib” 目录中的核心类库。

（2）扩展类加载器

Extension ClassLoader，主要负责从Java安装目录下，加载 “lib\\ext” 目录中的类。

（3）应用类加载器

Application ClassLoader，负责去加载 “ClassPath” 环境变量所指定的路径中的类。其实就是加载写好的Java代码的类到内存里。

（4）自定义类加载器

自定义的类加载器，可以根据自己的需求加载你的类。

（5）双亲委派机制

JVM的类加载器有层级结构，启动类加载器在最上层，扩展类加载器在第二层，第三层是应用类加载器，最后一层是自定义类加载器。

基于上面的层级结构，就有一个双亲委派的机制。

所谓双亲委派机制：就是在应用程序类加载器需要加载一个类，它首先会委派给父类加载器去加载，最终传导到顶层的类加载器去加载；如果父类加载器在自己负责加载的范围内，没找到这个类，就会下推加载权利给自己的子类加载器。

简而言之，就是先找父类加载器加载，不行的话逐层往下由子类加载器。从而避免多层级的加载器结构重复加载某些类。

6. 思考题

如何对 “.class” 文件处理保证不被人拿到以及反编译获取公司源代码？

答：首先在编译时，可以采用一些小工具对字节码加密，或者做混淆等处理；也可以购买第三方公司的商业级的字节码文件加密产品；然后在类加载的时候，对加密的类，考虑采用自定义的类加载器来解密文件即可，从而保证你的源代码不被人窃取。