类的加载机制

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了类的加载机制相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

首先,我们以一个最经典的例子来让大家知道什么是类的加载机制,上代码:

class Singleton{

    private static Singleton singleton=new Singleton();

    private static int counter1;

    private static int counter2 = 0;

    public Singleton() {

       counter1++;

       counter2++;

    }

    public static int getCounter1() {

       return counter1;

    }

    public static int getCounter2() {

       return counter2;

    }

    
    public static Singleton getInstance(){

       return singleton;

    }

}


public class ClassLoaderTest {


    @SuppressWarnings("static-access")

    public static void main(String[] args) {

       Singleton singleton=Singleton.getInstance();

       System.out.println("counter1:"+singleton.getCounter1());

       System.out.println("counter2:"+singleton.getCounter2());

    }

}

我们先猜测一下运行结果,然后我们再来调换一下单实例生成的顺序,将:

    private static Singleton singleton=new Singleton();

    private static int counter1;

    private static int counter2 = 0;

修改为

    private static int counter1;

    private static int counter2 = 0;

    private static Singleton singleton=new Singleton();

然而我们会惊奇的发现,结果不一样,第一个结果是counter1=1,counter2=0   第二个结果是 counter1=1,counter2=1, 这是为什么呢,下面我们一起来学习类的加载机制。

java虚拟机与程序的生命周期

  - 执行了System.exit()方法

  - 程序正常执行结束

  - 程序在执行过程中遇到了异常或错误而终止

  - 由于操作系统出现错误导致java虚拟机进程终止

在如上几种情况下,java虚拟机将结束自己的生命周期

类的生命周期

类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段。其中准备、验证、解析3个部分统称为连接(Linking)。如图所示。

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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)。

加载

查找并加载类的二进制数据,加载是类加载过程中的第一个阶段,在加载阶段,虚拟机需要完成以下三件事情:

  • 类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读取到内存中
  • 将其放在运行时数据区的方法区内,
  • 然后在堆区创建一个java.lang.Class对象,用来封装类在方法区内的数据结构

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类加载的最终产品书位于堆区中的Class对象

Class对象封装了类在方法区内的数据结构,并像java程序员提供了访问方法去内的数据结构的接口。

Java程序对类的使用方式可以分为两种:

-主动使用(六种)

1,创建类的实例

2,访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值

3,调用类的静态方法

4,反射(Class.forName(“com.jack.test”))

5,初始化一个类的子类

6,Java虚拟机启动时被标明为启动类的类

-被动使用(除以上6种情况外,其他情况均为被动使用)

类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它,JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它,如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误,类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误(LinkageError错误),如果这个类一直没有被程序主动使用,那么类加载器就不会报告错误。

加载.class文件的方式:

  • 从本地系统中直接加载
  • 通过网络下载.class文件
  • 从zip,jar等归档文件中加载.class文件
  • 从专有数据库中提取.class文件
  • 将Java源文件动态编译为.class文件

类加载器

不同的类加载器负责的组件不同,可分为2种类型

  • 自定义类加载器(java.lang.classLoader的自来)
  • java虚拟机自带类加载器

java虚拟机自带类加载器按类型又可分为三种类型:

  • 启动类加载器:Bootstrap ClassLoader    C/C++实现的  负责加载存放在JDK\\jre\\lib(JDK代表JDK的安装目录,下同)下,或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的,并且能被虚拟机识别的类库(如rt.jar,所有的java.开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载)。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。
  • 扩展类加载器:Extension ClassLoader    使用java代码实现 该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责加载JDK\\jre\\lib\\ext目录中,或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库(如javax.开头的类),开发者可以直接使用扩展类加载器。
  • 应用程序类加载器:Application ClassLoader    使用java代码实现 该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现,它负责加载用户类路径(ClassPath)所指定的类,开发者可以直接使用该类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

双亲委派模型

双亲委派模型的工作流程是: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,而是把请求委托给父加载器去完成,依次向上,因此,所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时,即无法完成该加载,子加载器才会尝试自己去加载该类。

双亲委派机制:

  1. 当AppClassLoader加载一个class时,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
  2. 当ExtClassLoader加载一个class时,它首先也不会自己去尝试加载这个类,而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
  3. 如果BootStrapClassLoader加载失败(例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class),会使用ExtClassLoader来尝试加载;
  4. 若ExtClassLoader也加载失败,则会使用AppClassLoader来加载,如果AppClassLoader也加载失败,则会报出异常ClassNotFoundException。

双亲委派模型意义:

  • 系统类防止内存中出现多份同样的字节码
  • 保证Java程序安全稳定运行

层次关系如下图:

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以上是关于类的加载机制的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

深入java虚拟机学习 -- 类的加载机制(续)

java类加载机制&初始化顺序

Android 逆向类加载器 ClassLoader ( 类加载器源码简介 | BaseDexClassLoader | DexClassLoader | PathClassLoader )(代码片段

javaJVM-类加载机制

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