JVM类加载机制

Posted 2022-10-23 zty-lyq

• 类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存开始，它的整个生命周期如下
  • • 加载
    • 连接初始化
      • 验证
      • 准备
      • 解析
    • 使用
    • 卸载

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的开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也称为动态绑定或晚期绑定）。注意，按部就班地“开始”，而不是按部就班的“进行”或“完成”，强调这点是因为这些阶段通常都是互相交叉地混合式进行的，通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。

• 对于初始化阶段，JVM严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”
  • • 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候、以及调用一个类的静态方法的时候。
    • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
    • 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
    • 当虚拟机启动时，用户需要指定一个执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
    • 当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄。并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
• 接口的加载过程与类的加载过程稍有些不同：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是当一个接口在初始化时，并不要求其父类接口全部都完成了初始化，只有在真正用到父类接口的时候（如引用接口中定义的常量）才会初始化。
• 类加载的过程
  • • 加载
      • 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
      • 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
      • 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区的这个类的各种数据的访问入口

对于数组而言，情况有所不同。数组类本身不通过类加载器创建，它是由Java虚拟机直接创建的。但数组类与类加载器仍然有很密切的关系，因为数组类的元素类型（Element Type，指的是数组去掉所有维度的类型）最终是要靠类加载器去创建，一个数组类（下面简称为C）创建过程就遵循以下规则：

• • • 如果数组的组件类型（Component Type，指的是数组去掉一个维度的类型）是引用类型，那就递归采用加载过程去加载这个组件类型，C将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识。
    • 如果数组的组件类型不是引用类型（例如int[]），Java虚拟机将会把数组C标记为与引导类加载器关联。
    • 数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致，如果组件类型不是引用类型，那数组类的可见性将默认为public。
    • 验证
      • 文件格式验证
      • 元数据验证
      • 字节码验证
      • 符号引用验证
    • 准备
    • 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。

• • • • 类或接口的解析
      • 字段解析
      • 类方法解析
      • 接口方法解析
    • 初始化
• 类加载器

不同的类加载器加载同一个Class文件，属于两个独立的类，做对象所属类型检查时结果为false

• 双亲委派模型

从Java开发人员的角度来看，类加载器还可以划分的更细致一些，绝大部分Java程序都会使用到一下三种系统提供的类加载器

• • • 启动类加载器
    • 扩展类加载器
    • 应用程序类加载器

类加载器的双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它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，没一个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，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（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。

使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是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，它存放在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，因此由各个类加载器去自行加载的话，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，那系统中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。