JVM加载class文件的原理机制

Posted 2020-06-14

1.Java中的所有类，必须被装载到jvm中才能运行，这个装载工作是由jvm中的类装载器完成的

    类装载器所做的工作实质是把类文件从硬盘读取到内存中

2.java中的类大致分为三种： 

    1.系统类 

    2.扩展类 

    3.由程序员自定义的类

3.类装载方式，有两种 

    1.隐式装载， 程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中， 

    2.显式装载， 通过class.forname()等方法，显式加载需要的类 
     隐式加载与显式加载的区别： 两者本质是一样的！都是加载到JVM虚拟机中。

4.类加载的动态性体现 

        一个应用程序总是由n多个类组成，Java程序启动时，并不是一次把所有的类全部加载后再 

运行，它总是先把保证程序运行的基础类一次性加载到jvm中，其它类等到jvm用到的时候再加载，这样的好处是节省了内存的开销，因为java最早就是为嵌入式系统而设计的，内存宝贵，这是一种可以理解的机制，而用到时再加载这也是java动态性的一种体现

 

5．java类装载器 

    Java中的类装载器实质上也是类，功能是把类载入jvm中，值得注意的是jvm的类装载器并不是一个，而是三个，层次结构如下： 

      Bootstrap Loader  - 负责加载系统类 

            | 

          - - ExtClassLoader  - 负责加载扩展类 

                          | 

                      - - AppClassLoader  - 负责加载应用类 

        为什么要有三个类加载器，一方面是分工，各自负责各自的区块，另一方面为了实现委托模型，下面会谈到该模型

 

6. 类加载器之间是如何协调工作的 

   前面说了，java中有三个类加载器，问题就来了，碰到一个类需要加载时，它们之间是如何协调工作的，即java是如何区分一个类该由哪个类加载器来完成呢。 

        在这里java采用了委托模型机制，这个机制简单来讲，就是“类装载器有载入类的需求时，会先请示其Parent使用其搜索路径帮忙载入，如果Parent 找不到,那么才由自己依照自己的搜索路径搜索类”，注意喔，这句话具有递归性 

下面举一个例子来说明，为了更好的理解，先弄清楚几行代码： 

 1 Public class Test{ 
 2     Public static void main(String[] arg){ 
 3       ClassLoader c  = Test.class.getClassLoader();  //获取Test类的类加载器 
 4         System.out.println(c);  
 5       ClassLoader c1 = c.getParent();  //获取c这个类加载器的父类加载器 
 6         System.out.println(c1); 
 7       ClassLoader c2 = c1.getParent();//获取c1这个类加载器的父类加载器 
 8         System.out.println(c2); 
 9   } 
10 }

把以上代码存到d:\my 文件夹下，直接编译，然后在dos模式下运行 

D:\my\java Test 

    。。。AppClassLoader。。。 

    。。。ExtClassLoader。。。 

    Null

 

D:\my

 

注： 。。。表示省略了内容 

可以看出Test是由AppClassLoader加载器加载的 

AppClassLoader的Parent 加载器是 ExtClassLoader

 

但是ExtClassLoader的Parent为 null 是怎么回事呵，朋友们留意的话，前面有提到Bootstrap Loader是用C++语言写的,依java的观点来看，逻辑上并不存在Bootstrap Loader的类实体，所以在java程序代码里试图打印出其内容时，我们就会看到输出为null 

【注：以下内容大部分引用java深度历险】 

弄明白了上面的示例，接下来直接进入类装载的委托模型实例，写两个文件，如下： 

文件：Test1.java 

1 Public class Test1{ 
2     Public static void main(String[] arg){ 
3         System.out.println(Test1.class.getClassLoader()); 
4         Test2 t2 = new Test2(); 
5         T2.print(); 
6   } 
7 }

文件： Test2.java 

1 Public class Test2{ 
2     Public void prin(){ 
3         System.out.println(this.getClass().getClassLoader()); 
4     } 
5 }

这两个类的作用就是打印出载入它们的类装载器是谁， 将这两个文件保存到d:\my目录下，编译后，我们在复制两份，分别置于 <JRE所在目录>\classes下（注意，刚开始我们的系统下没有此目录，需自己建立） 与 <JRE所在目录>\lib\ext\classes下（同样注意，开始我们的系统下也没此目录，手工建立）, 然后切换到d:\my目录下开始测试，

 

测试一： 

<JRE所在目录>\classes下 

Test1.class 

Test2.class

 

<JRE所在目录>\lib\ext\classes下 

Test1.class 

Test2.class

 

D:\my下 

Test1.class 

Test2.class

 

dos下输入运行命令，结果如下： 

D:\my>java Test1 

Null 

Null

 

D:\my> 

    

    从输出结果我们可以看出，当AppClassLoader要载入Test1.class时，先请其Parent，也就是ExtClassLoader来载 入，而ExtclassLoader又请求其Parent,即Bootstrap Loader来载入Test1.class. 由于 <JRE所在目录>\Classes目录为Bootstrap Loader的搜索路径之一，所以Bootstrap Loader找到了Test1.class,因此将它载入，接着在Test1.class之内有载入Test2.class的需求，由于 Test1.class是由Bootstrap Loader所载入，所以Test2.class内定是由Bootstrap Loader根据其搜索路径来找，因Test2.class也位于Bootstrap Loader可以找到的路径下，所以也被载入了，最后我们看到Test1.class与Test2.class都是由Bootstrap Loader（null）载入。

 

测试二： 

<JRE所在目录>\classes下 

Test1.class

 

<JRE所在目录>\lib\ext\classes下 

Test1.class 

Test2.class

 

D:\my下 

Test1.class 

Test2.class

 

dos下输入运行命令，结果如下： 

D:\my>java Test1 

Null 

Exception in thread “main” java.lang.NoClassdefFoundError:Test2 at Test1.main。。。 

D:\my>

 

    从输出结果我们可以看出，当AppClassLoader要载入Test1.class时，先请其Parent，也就是ExtClassLoader来载 入，而ExtclassLoader又请求其Parent,即Bootstrap Loader来载入Test1.class. 由于 <JRE所在目录>\Classes目录为Bootstrap Loader的搜索路径之一，所以Bootstrap Loader找到了Test1.class,因此将它载入，接着在Test1.class之内有载入Test2.class的需求，由于 Test1.class是由Bootstrap Loader所载入，所以Test2.class内定是由Bootstrap Loader根据其搜索路径来找，但是因为Bootstrap Loader根本找不到Test2.class（被我们删除了），而Bootstrap Loader又没有Parent，所以无法载入Test2.class.最后我们看到Test1.class是由Bootstrap Loader（null）载入，而Test2.class则无法载入

 

测试三 

<JRE所在目录>\classes下

Test2.class

 

<JRE所在目录>\lib\ext\classes下 

Test1.class 

Test2.class

 

D:\my下 

Test1.class 

Test2.class

 

dos下输入运行命令，结果如下： 

D:\my>java Test1 

。。。ExtClassLoader。。。 

Null

 

D:\my>

 

    从输出结果我们可以看出，当AppClassLoader要载入Test1.class时，先请其Parent，也就是ExtClassLoader来载 入，而ExtclassLoader又请求其Parent,即Bootstrap Loader来载入Test1.class.但是Bootstrap Loader无法在其搜索路径下找到Test1.class(被我们删掉了)，所以ExtClassLoader只得自己搜索，因此 ExtClassLoader在其搜索路径 <JRE所在目录>\lib\ext\classes下找到了Test1.class,因此将它载入，接着在Test1.class之内有载 入Test2.class的需求，由于Test1.class是由ExtClassLoader所载入，所以Test2.class内定是由 ExtClassLoader根据其搜索路径来找，但是因为ExtClassLoader有Parent,所以先由Bootstrap Loader帮忙寻找，Test2.class位于Bootstrap Loader可以找到的路径下，所以被Bootstrap Loader载入了.最后我们看到Test1.class是由ExtClassLoader载入，而Test2.class则是由Bootstrap Loader（null）载入

 

了解了以上规则，请朋友们自行分析以下场景的执行结果

 

测试四： 

<JRE所在目录>\classes下

<JRE所在目录>\lib\ext\classes下 

Test1.class 

Test2.class

 

D:\my下 

Test1.class 

Test2.class

 

测试五： 

<JRE所在目录>\classes下

<JRE所在目录>\lib\ext\classes下 

Test1.class

 

D:\my下 

Test1.class 

Test2.class

 

测试六： 

<JRE所在目录>\classes下

<JRE所在目录>\lib\ext\classes下

Test2.class

 

D:\my下 

Test1.class 

Test2.class

 

测试七： 

<JRE所在目录>\classes下

<JRE所在目录>\lib\ext\classes下

 

D:\my下 

Test1.class 

Test2.class