怎么 classloader 加载一个java源文件

Posted 2023-04-23

1.类加载器深入剖析
Java虚拟机与程序的生命周期 :
当我们执行一个java程序的时候 , 会启动一个JVM进程 , 当程序执行完之后 , JVM进程就消亡了 ;
在如下情况下JVM将结束声明周期 :
System.exit(int)方法 , 当执行这个方法的时候 , 虚拟机会退出 ; 这个方法传入一个整形参数 , 这个参数是状态吗 : 如果这个整形是 0 的话 , 就是正常退出 , 如果不是0的话 , 就是异常退出 ;
程序正常结束 ;
程序执行过程中 , 遇到了异常或错误 , 而异常终止 : 如果我们在程序中出现了异常 , 而不去处理 , 会将异常一直抛给main函数 , main函数会将异常抛给JVM , JVM如果处理不了异常 , JVM就会异常退出 ;
由于操作系统出现错误导致JVM进程终止 : JVM所依赖的平台出现错误 , 导致JVM终止 ;

2.类的加载,连接和初始化
加载 : 查找并加载类的二进制数据 , 将class字节码文件加载到内存中 ;
连接 :

-
验证
: 确保被加载的类的正确性 , 使用javac 编译工具生成的字节码文件能通过验证 , 如果不是由javac编译生成的字节码文件 , 如果自己生成的字节码文件不符合JVM虚拟机对字节码文件的要求的话 , 可能会出现验证通不过的情况 ; 比如说随便拿一个文件 , 将后缀名直接修改为.class , 这样的字节码文件肯定不合法 ;

-
准备
: 为类的静态变量分配内存 , 并将其初始化为默认值 ;

-
解析
: 把类中的符号引用转为直接引用 ;
初始化 : 为类的静态变量赋予正确的初始值(正确的值指的是用户赋的值) ;
-好像这个与连接阶段的准备有些重复 , 在连接的准备阶段只是赋予初始变量 , 如果用户给这个变量赋了初始值 , 那么这个变量在连接的准备阶段仍然会赋予初始值 ;

-在这个阶段 , 才会真正的将初始值赋给静态变量 ;

Java程序对类的使用方式有 主动使用 和 被动使用 ;
所有的JVM实现 , 必须在每个类或者接口 , 被java程序 “首次主动使用” 时才初始化他们 ;
主动使用 :
创建类的实例 ;
访问某个类或接口的静态变量 , 或者对该静态变量赋值 ;
调用类的静态方法 ;
反射 : Class.forName(“类名”) ;
初始化一个类的子类 , 看做对父类的主动使用 ;
java虚拟机启动的时候 , 被标明启动类的类 , 即包含main方法的类 , 程序的入口 ;

除了上面6种主动使用之外 , 其它的情况均为被动使用 , 其它情况都不会执行第三步初始化 ;

3.类的加载
(1)概念

类的加载 : 指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中 , 将其放在运行时数据区的方法区内 , 然后再堆区创建一个java.lang.Class对象 , 用来封装类在方法区内的数据结构 ;
反射 : 反射就是跟句堆区的字节码文件 , 获取方法去的数据结构 ;
解析 : Class对象是由JVM自己创建的 , 所有的对象都是经过Class对象创建 , 这个Class对象是反射的入口, 通过Class对象 , 可以关联到目标class字节码文件的内部结构 ;

所有的类对应的Class对象都是唯一的一个 , 这个类是由JVM进行创建的 , 并且只有JVM才会创建Class对象 ;

类加载的最终产品是位于堆区中的Class对象 , Class对象封装了类在方法区内的数据结构 , 并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口(反射用的接口) ;

(2)加载.class文件的方式
从本地系统中直接加载 : 编译好的.class字节码文件直接从硬盘中加载 ;
通过网络下载.class文件 : 将class字节码文件放在网络空间中 , 使用URLClassLoader来加载在网络上的.class字节码文件 , 使用默认的父亲委托机制加载字节码文件 ;
从zip , jar 等压缩文件中加载字节码文件 : 在开发的时候 , 导入jar包 , 就是这种方式 ;
从专有的数据库中提取字节码文件 ;
将java源文件动态编译为字节码文件 ;

(3)类加载器
l Java虚拟机自带的类加载器 :
-根类加载器 ( Bootstrap ) : 是C++写的 , 程序员无法再java代码中获取这个类 , 如果使用getClassLoader()方法获取到的是一个null值 ;
package jvm;
Java代码
public class ClassLoaderTest
public static void main(String[] args) throws Exception
//java.lang包下的类使用的是跟类加载器进行加载的
Class clazz = Class.forName("java.lang.String");
System.out.println(clazz.getClassLoader());
//自定义的类使用的是应用类加载器(系统加载器)
Class clazz2 = Class.forName("jvm.C");
System.out.println(clazz2.getClassLoader());


class C
执行结果 :
null
Java代码
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1372a1a
-扩展类加载器 ( Extension ) : Java编写 ;
-系统类加载器(应用加载器) ( System ) : Java编写 ;

用户自定义的类加载器 :
-自定义的类加载器都是java.lang.ClassLoader子类 ;
-用户可以定制类的加载方式

String类是由根类加载器进行加载的 , 我们可以调用Class对象的

关于代理中创建对象的类加载器 : 创建代理对象的时候 , 动态创建一个类 , 然后使用指定的类加载器将这个类加载到内存中 , 然后用加载到内存中的类生成代理对象 ;
创建代理对象的方法 : newProxyInstance(ClassLoader loader , Class [] Interfaces , InvocationHandler h )
loader 是定义的代理类的类加载器 , 中间的接口数组是代理类的要实现的接口列表 , h 是指派方法调用的调用处理程序 ;

类加载器并不需要在某个类被 “首次主动使用” 时再加载它 :
-预加载机制 : JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用的时就预先加载它 ;
-报错时机 : 如果在预加载的过程中遇到了字节码文件缺失或者存在错误的情况 , 类加载器会在程序首次主动使用(上面提到的六种情况)该类的时候报错(LinkageError错误) ;
-不报错时机 : 如果这个错误的字节码文件所对应的类一直没有被使用 , 那么类加载器就不会报告错误 ,即便有错误也不会报错 ;

LinkageError : 这个错误是Error的子类 , 程序不能处理这些错误 , 这些错误都是由虚拟机来处理 , 这个错误表示出错的是子类 , 在一定程序上依赖于另一个类 , 在编译了前面一个类的时候 , 与后面所依赖的类出现了不兼容的情况 ;
例如 : 我们使用了jdk 1.6 在编译一个程序 , 但是运行环境是jre1.5的 , 就会出现LinkageError错误 ;
4.类的连接
(1)定义
类被加载之后 , 就进入链接阶段 ; 链接 : 将已读入内存的二进制数据合并到虚拟机的运行时环境中去 ;
链接顾名思义就是讲类与类之间进行关联 , 例如我们在类A中调用了类B , 在链接过程中 , 就将A与B进行链接 ,将面向对象语言转化为面向过程语言 ;

(2)类的验证
类文件的结构检查 : 确保类文件遵从java类文件的固定格式 , 开始类的描述 , 声明 , 方法调用格式等 ;
语义检查 : 确保类本身符合java语言的语法规定 , 比如final类型的类没有子类 , final类型的方法没有被覆盖 ,在eclipse中这种错误编译的时候不能通过 , 但是通过其他的方法可以生成错误的字节码文件 , 这里就是检测恶意生成的字节码文件 ;
字节码验证 : 确保字节码流可以被JVM安全的执行 , 字节码流代表java方法(包括静态方法和实例方法) , 它是由被称作操作码的单字节指令组成的序列 , 每一个操作码后面跟着一个或多个操作数 , 字节码验证步骤会检查每个操作码是否合法 , 即是否有着合法的操作数 ;
下面是指令码组成的序列 , 类似于微指令 :

Jvm编译指令代码代码
// Compiled from ByteToCharCp1122.java (version 1.5 : 49.0, super bit)
public class sun.io.ByteToCharCp1122 extends sun.io.ByteToCharSingleByte

// Field descriptor #17 Lsun/nio/cs/ext/IBM1122;
private static final sun.nio.cs.ext.IBM1122 nioCoder;

// Method descriptor #18 ()Ljava/lang/String;
// Stack: 1, Locals: 1
public java.lang.String getCharacterEncoding();
0 ldc <String "Cp1122"> [1]
2 areturn
Line numbers:
[pc: 0, line: 25]

// Method descriptor #2 ()V
// Stack: 2, Locals: 1
public ByteToCharCp1122();
0 aload_0 [this]
1 invokespecial sun.io.ByteToCharSingleByte() [25]
4 aload_0 [this]
5 getstatic sun.io.ByteToCharCp1122.nioCoder : sun.nio.cs.ext.IBM1122 [23]
8 invokevirtual sun.nio.cs.ext.IBM1122.getDecoderSingleByteMappings() : java.lang.String [27]
11 putfield sun.io.ByteToCharSingleByte.byteToCharTable : java.lang.String [24]
14 return
Line numbers:
[pc: 0, line: 28]
[pc: 4, line: 29]
[pc: 14, line: 30]

// Method descriptor #2 ()V
// Stack: 2, Locals: 0
static ;
0 new sun.nio.cs.ext.IBM1122 [15]
3 dup
4 invokespecial sun.nio.cs.ext.IBM1122() [26]
7 putstatic sun.io.ByteToCharCp1122.nioCoder : sun.nio.cs.ext.IBM1122 [23]
10 return
Line numbers:
[pc: 0, line: 22]

l 二进制兼容性的验证 : 确保相互引用的类之间协调一致的 ; 例如在A类的a()方法中调用B类的b()方法 , JVM在验证A类的时候 , 会验证B类的b()方法 , 加入b()方法不存在 , 或者版本不兼容(A,B两类使用不同的JDK版本编译) , 会抛出NoSuchMethodError错误 ;

(3)准备阶段
在准备阶段 , JVM为类的静态变量分配内存空间 , 并设置默认的初始值 . 例如下面的Sample类 , 在准备阶段 ,为int类型的静态变量分配4个字节 , 并赋予初始值 0 ; 为long 类型的静态变量 b , 分配8个字节 , 并赋予初始值 0 ;
PS : 在java中基本类型变量占用的空间是一定的 , java运行在JVM上的 , 在C中 , 就要根据平台变化而变化了 ;

public class Sample
Java代码
private static int a = 1 ;
private static long b ;
static
b = 2 ;

(4)类的解析
在解析阶段 , JVM 会把类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用 , 例如在A类中的a()方法引用B类中的b()方法 ;
在A类的二进制数据中包含了一个对B类的b()方法的符号引用 , 这个符号引用由b()方法的全名和相关的描述符组成 , 在Java解析阶段 , 就会把这个符号引用替换为指针 , 这个指针就是C语言中的指针了 , 该指针指向B类的b()方法在方法区中的内存位置 , 这个指针就是直接引用 ;

5.类的初始化
在初始化阶段 , Java虚拟机执行类的初始化操作 , 为类的静态变量赋予初始值 , 在程序中 , 静态变量初始化有两种途径 :
直接在声明处进行初始化 , 例如下面的Sample中的 变量a ;
在静态代码块中进行初始化 , 例如下面的Sample中的变量b ;

Java代码
public class Sample
private static int a = 1 ;
private static long b ;
static
b = 2 ;



6.面试题介绍

Java代码
public class PrepareOrInit
public static void main(String[] args)
Singleton singleton = Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton.count1);
System.out.println(singleton.count2);


class Singleton
private static Singleton singleton = new Singleton() ;
public static int count1 ;
public static int count2 = 0 ;
private Singleton()
count1 ++ ;
count2 ++ ;

public static Singleton getInstance()
return singleton ;


执行结果 : 1 0

分析 : 这段代码与类的链接中的准备阶段 和 初始化阶段 有关系 , 准备阶段是给静态的字段赋予默认值 , 初始化阶段给静态变量赋予正确的值 , 即用户的值 ;
在主函数中 , 调用了类的静态方法 , 相当于主动使用 , 这里调用了类的静态方法 ;
之后进行连接的准备操作 , 给类中的静态变量赋予初值 , singleton值为null , count1 与 count2 值为0 ;
执行初始化操作 , 给类中的静态变量赋予正确的值 , 给singleton变量赋予正确的值 , 调用构造方法 , 此时count1与 count2执行自增操作 , 两者都变成1 , 然后执行count1的赋予正确值操作 , 这里用户没有赋值操作 , count2 用户进行了 赋值为0的操作 , 0将原来的1覆盖掉了 , 因此结果为 1 , 0 ;

Java代码
public class PrepareOrInit
public static void main(String[] args)
Singleton singleton = Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton.count1);
System.out.println(singleton.count2);


class Singleton
public static int count1 ;
public static int count2 = 0 ;
private static Singleton singleton = new Singleton() ;
private Singleton()
count1 ++ ;
count2 ++ ;

public static Singleton getInstance()
return singleton ;


执行结果 : 1 1

在准备阶段count1 和 count2 都赋值为0 , 然后在初始化阶段 , 全部赋值为1 ; 参考技术A package loader;

/**
* 示例类
*/
public class Demo

public static void main(String[] args) throws Exception
/**
* 注意事项： 本例子共有两个类
* 1 MyClassLoader 自定义加载类
* 2 Demo main函数类+测试类
*
* 把Demo的class文件放到D盘
*
* 功能概述如下： 1创建自定义类加载器。 2通过类加载期创建Demo实例。 3执行Demo的方法。
*
* ps：类加载的作用(干货)：有些时候我们想加载的class需要通过网络(或硬盘)加载。这时候可以自定义一个类加载器。
*/
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/");// 创建类加载器
Class clazz = classLoader.loadClass("loader.Demo");// 通过加载器生成Demo的字节码
clazz.getMethod("fun", null).invoke(clazz.newInstance(), null);// 反射执行Demo的fun方法。


public void fun()
System.out.println("just funny");




package loader;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

/**
* 自定义类加载
*
*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader

/**
* 字节码文件存放位置
*/
private String path;

/**
* 构造函数
* @param path
*/
public MyClassLoader(String path)
super();
this.path = path;


/**
* 继承ClassLoader进行重写,加载目标类的字节码
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
Class clazz = null;//this.findLoadedClass(name); // 父类已加载
byte[] classData = getClassData(name); //根据类的二进制名称,获得该class文件的字节码数组
if (classData == null)
throw new ClassNotFoundException();

clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length); //将class的字节码数组转换成Class类的实例
return clazz;


/**
* 读取.class文件
*/
private byte[] getClassData(String name)
InputStream is = null;
try
classNameToPath(name);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
is = new FileInputStream(new File(name));
int len = -1;
byte[] buff = new byte[1024*4];
while((len = is.read(buff)) != -1)
baos.write(buff,0,len);


byte[] byteArray = baos.toByteArray();
System.out.println(new String(byteArray));

return byteArray;
catch (Exception e)
e.printStackTrace();
finally
if (is != null)
try
is.close();
catch(IOException e)
e.printStackTrace();



return null;


/**
* 格式转换
*/
private String classNameToPath(String name)
return path + "/" + name.replace(".", "/") + ".class";


本回答被提问者采纳

话编程 | Java 中类加载的双亲委派的“双”怎么理解 ？

大宽宽：

双在哪里？以后英语不好的人，不要去翻译计算机的书！

其实就是个翻译问题。

双亲委派的原文是"parents delegate"。parents在英文中是“父母”、“双亲”的意思，但其实表达的是“父母这一辈”的人的意思。实际上这个模型中，只是表达“父母这一辈”的class loader而已，并不是说真的有一个父亲的class loader和一个母亲class loader。

下面引用了Java API doc的原文，大家可以参考：

The Java Class Loading Mechanism

The Java platform uses a delegation model for loading classes. The basic idea is that every class loader has a "parent" class loader. When loading a class, a class loader first "delegates" the search for the class to its parent class loader before attempting to find the class itself.

见Understanding Extension Class Loading

其实OOP中也有所谓“parent class”的概念，但我们一般也只称为“父类”而已（难道就是因为没有那个复数s吗？）

J-Jian：

首先你抱怨到英语不好的人不要去翻译，我想说先淡定，它这么翻译肯定有它的道理，况且双亲委派模式，这个词已经出现了这么久的时间有问题的话，难道只有你发现吗？所以肯定是有它的道理的

其次，个人理解这里的双亲指的是并不是指它有两个父类加载器，而是第一个“亲”指一个用户定义的加载器，应用程序加载器与扩展类加载器这三个都会先去让父类（亲）加载。加载不了才自己加载。第二个“亲”是指如果如果父类不存在就直接委托给这个顶层的父类（亲）Bootstrap ClassLoader

计算机里很多东西翻译有很多版本，但是其深意是一样的，比如数据结构的树节点node，有些说是节点，有些是结点（大部分认同结点），还有计算机里很多约定俗成的名词，有时候你非要解释也解释不清楚，咱就不要过多纠结，能懂原理能理解就好，比如双亲委派你去看源码，大概就能很深理解它的过程，我想那时候你估计不会纠结这个名字了！

aall ql：

的确没有双，叫父类委派或者基类委派更好，只是双亲这词出现太久了，大家都这么叫

胡梦宇：

跟我一起读，[双亲] 委派，不是 [双] 亲委派，题主的问题不是翻译的不好，是语文没学好。

好了，大概就是那个意思吧。