JVM类加载机制

Posted 2020-12-17 lgh544

1、概述

　　虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

2、类的加载时机

　　类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，他的整个生命周期包括：加载、验证、装备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段，其中验证、准备、解析3个部分统称为连接。

 

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　类的生命周期

加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地（不是按部就班的“进行”或“完成”，这些阶段都是互相交叉地混合式进行的，通常会在一个阶段执行过程中调用、激活另外一个阶段）开始，而解析阶段则不一定：某些情况下，解析可以在初始化阶段之后再开始。什么情况需要开始类加载过程的第一个阶段，Java虚拟机没有强制约束，可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。

3、类加载的过程

 3.1 加载

　　在加载阶段：虚拟机需要完成以下3件事情：

　　1）通过一个类的权限定名来获取定义此类的二进制字节流。

　　2）将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构

　　3）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访问入口

3.1 验证

　　这一阶段目的是为了确保Class文件的字节流i中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致上会完成4个阶段的校验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

　　文件格式验证：

　　要验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。文件格式验证的主要目的是保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区之内，格式上符合描述一个Java类型的要求。通过了验证，字节流才会进入内存的方法区中进行存储，后面的三个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的，不会再直接操作字节流。

　　元数据验证：

　　第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。主要目的是对类的元数据信息进行语义校验，保证不存在不符合Java语言规范的元数据信息。

　　字节码验证：

　　主要目的是通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后，这个阶段将对类的方法体进行校验分析，保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的时间。

　　符号引用验证

　　发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在解析阶段中发生。目的似乎确保解析动作能正常执行。

3.2 准备

　　准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，这里所说的初始值通常情况下是数据类型的零值，假设一个类变量的定义为：

　　public static int value = 123;

那变量value在准备阶段过后的初始值是0 而不是123，因为这个时候尚未开始执行任何Java方法，把value赋值123的动作将在初始化阶段才会执行。

3.3解析

　解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

3.4 初始化

　　到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码（或说字节码）。

4、类加载器

　　类与类加载器：比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。

　　双亲委派模型：

 

 　　　　　　　　　　类加载器双亲委派模型

绝大部分Java程序都会使用到以下3种系统提供的类加载器

　　启动类加载器存放在<JAVA_HOME>lib目录中的，是虚拟机自身的一部分；扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>libext目录中的；应用程序类加载器是类加载器ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器，它负责加载用户类路径（ClassPath)上所指定的类库。

　　双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是使用组合关系来复用父加载器的代码。

　　工作流程：如果一个类加载器收到了类加载的请求，他首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

　　好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类Java.lang.Object,他存放在rt.jar之中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有使用双亲委派模型，由各个类自行去加载的话，如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类，并放在程序的ClassPath中，那系统将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证，应用程序也将会变得一片混乱。