一 類加載器與類加載過程

類加載子系統作用

類加載器子系統負責從文件系統或者網絡中加載class文件，class文件在文件開頭有特定的文件標識。
ClassLoader只負責class文件的加載，至于它是否可以運行，則由ExecutionEngine決定。
加載的類信息存放于一塊稱為方法區的內存空間。除了類的信息外，方法區中還會存放運行時常量池信息，可能還包括字符串字面量和數字常量（這部分常量信息是Class文件中常量池部分的內存映射)

類加載器ClassLoader角色

class file存在于本地硬盤上，可以理解為設計師畫在紙上的模板，而最終這個模板在執行的時候是要加載到JVM當中來根據這個文件實例化出n個一模一樣的實例。

class file 加載到JVM中，被稱為DNA元數據模板，放在方法區。

在.class文件->JVM->最終成為元數據模板,此過程就要一個運輸工具(類裝載器class Loader),扮演一個快遞員的角色。

類的加載過程

類的加載過程的幾個階段

類的加載過程:一 Loading階段

加載:

1．通過一個類的全限定名獲取定義此類的二進制字節流
2．將這個字節流所代表的靜態存儲結構轉化為方法區的運行時數據結構
3．在內存中生成一個代表這個類的java.lang.class對象，作為方法區這個類的各種數據的訪問入口

補充:加載.class文件的方式

從本地系統中直接加載I
通過網絡獲取，典型場景: web Applet
從zip壓縮包中讀取，成為日后jar、war格式的基礎
運行時計算生成，使用最多的是:動態代理技術
由其他文件生成，典型場景:JSP應用
從專有數據庫中提取.class文件,比較少見
從加密文件中獲取，典型的防class文件被反編譯的保護措施

類加載過程:二 Linking階段

驗證(Verify):
目的在于確保class文件的字節流中包含信息符合當前虛擬機要求，保證被加載類的正確性，不會危害虛擬機自身安全。

主要包括四種驗證，文件格式驗證，元數據驗證，字節碼驗證，符號引用驗證。

準備(Prepare):
為類變量分配內存并且設置該類變量的默認初始值，即零值。

這里不包含用final修飾的static，因為final在編譯的時候就會分配了，準備階段會顯式初始化;被final修飾就不是變量了,是常量,就在編譯的時候就會賦值

==這里不會為實例變量分配初始化，==類變量會分配在方法區中，而實例變量是會隨著對象一起分配到Java堆中。

解析(Resolve) :
將常量池內的符號引用轉換為直接引用的過程。

事實上，解析操作往往會伴隨著JVM在執行完初始化之后再執行。

符號引用就是一組符號來描述所引用的目標。符號引用的字面量形式明確定義在《java虛擬機規范》的class文件格式中。直接引用就是直接指向目標的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標的句柄。

解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等。對應常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT _Methodref_info等。

類加載過程:三 Initialization階段

初始化:

初始化階段就是執行類構造器方法<clinit>()的過程.

此方法不需定義，是javac編譯器自動收集類中的所有類變量的賦值動作和靜態代碼塊中的語句合并而來。

構造器方法中指令按語句在源文件中出現的順序執行。

<clinit> ()不同于類的構造器。(關聯:構造器是虛擬機視角下的<init>( ) 任何一個類,都會顯示或者隱式(無參,有參構造) 對應的就是<init>方法 )

若該類具有父類，JVM會保證子類的<clinit>()執行前，父類的<clinit>()已經執行完畢。

虛擬機必須保證一個類的<clinit> ()方法在多線程下被同步加鎖。

使用jclasslib工具軟件查看字節碼文件,idea有插件

下面代碼案列解釋:
由于第二個過程linking中prepare環節中:number被賦值為0了,當在initialization環節中:先賦值20 ,后面又賦值10,
因為在prepare準備階段number的初始值為0,由于靜態代碼塊優先執行,則賦值20,后面在賦值10

package com.fs.classtest;public class ClassInitTest {private static int num = 1;static {num = 2 ;sum = 20;System.out.println(num);//2 // System.out.println(sum);//報錯Error:(9, 28) java: 非法前向引用}private static int sum = 10;public static void main(String[] args) {System.out.println(ClassInitTest.num);//2System.out.println(ClassInitTest.sum);//10} }

若該類具有父類，JVM會保證子類的<clinit>()執行前，父類的<clinit>()已經執行完畢。

虛擬機必須保證一個類的<clinit> ()方法在多線程下被同步加鎖。
一個類只會加載一次

package com.fs.classtest;public class ClassTest {public static void main(String[] args) {Runnable r = new Runnable() {public void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"開始");//創建我們測試的類DeadThread deadThread = new DeadThread();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"結束");}};new Thread(r,"線程1").start();new Thread(r,"線程2").start();/* 線程1開始 線程2開始 線程1線程來初始化當前類*/} }class DeadThread{static {if (true){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"線程來初始化當前類");while (true);}} }

類加載器分類

JVM支持兩種類型的類加載器，分別為引導類加載器（BootstrapClassLoader）和自定義類加載器（User-Defined classLoader) 。

從概念上來講，自定義類加載器一般指的是程序中由開發人員自定義的一類類加載器，但是Java虛擬機規范卻沒有這么定義，而是將所有派生于抽象類ClassLoader的類加載器都劃分為自定義類加載器。

無論類加載器的類型如何劃分，在程序中我們最常見的類加載器始終只有3個，如下所示:

代碼獲取一下類的加載器

package com.fs.classtest;public class ClassLoaderTest {public static void main(String[] args) {//獲取系統類加載器ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2//獲取其上層:擴展類加載器ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586//嘗試獲取其上層類加載器:獲取不到引導類加載器ClassLoader parent = extClassLoader.getParent();System.out.println(parent);//null//對于用戶自定義類來說: 由打印出的地址值得:默認是使用系統類加載器來加載ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2//來看看String是由誰來加載的:由于也是null,間接的認為是由引導類加載器加載的,可得java的核心類庫都是由引導類加載器加載的ClassLoader stringClassLoader = String.class.getClassLoader();System.out.println(stringClassLoader);//null} }

虛擬機自帶的加載器

啟動類加載器（引導類加載器，BootstrapclassLoader)

這個類加載使用C/C++語言實現的，嵌套在JVM內部。

它用來加載Java的核心庫（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路徑下的內容），用于提供JVM自身需要的類

并不繼承自java.lang.classLoader，沒有父加載器

加載擴展類和應用程序類加載器，并指定為他們的父類加載器。

出于安全考慮，Bootstrap啟動類加載器只加載包名為java、javax、sun等開頭的類

擴展類加載器（Extension classLoader)

Java語言編寫，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現。

派生于classLoader類

父類加載器為啟動類加載器

從java.ext.dirs系統屬性所指定的目錄中加載類庫，或從JDK的安裝目錄的jre/lib/ext子目錄（擴展目錄）下加載類庫。如果用戶創建的JAR放在此目錄下，也會自動由擴展類加載器加載。

應用程序類加載器（系統類加載器，AppclassLoader)

java語言編寫，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實現派生于classLoader類

父類加載器為擴展類加載器

它負責加載環境變量classpath或系統屬性java.class.path指定路徑下的類庫

該類加載是程序中默認的類加載器，一般來說，Java應用的類都是由它來完成加載

通過classLoader#getsystemclassLoader ()方法可以獲取到該類加載器

代碼獲取下

package com.fs.classtest;import sun.misc.Launcher; import sun.security.ec.CurveDB;import java.net.URL; import java.security.Provider;public class ClassLoaderTest02 {public static void main(String[] args) {System.out.println("---------啟動類加載器-------");//獲取BootStrapClassLoader能夠加載的api的路徑URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();for (URL urL : urLs) {System.out.println(urL.toExternalForm());}/* file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/lib/resources.jar file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/lib/rt.jar file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/lib/sunrsasign.jar file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/lib/jsse.jar file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/lib/jce.jar file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/lib/charsets.jar file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/lib/jfr.jar file:/D:/Java/jdk-8-241/jre/classes*///從上面啟動類加載器輸出的一個路徑中任意選擇一個類,來看他加載器是什么ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();System.out.println(classLoader);//null 輸出是null.說明是引導類加載器System.out.println("-------------擴展類加載器-------------");String property = System.getProperty("java.ext.dirs");String[] split = property.split(";");for (String s : split) {System.out.println(s);}/* D:\Java\jdk-8-241\jre\lib\ext C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext*///從上面擴展類加載器輸出的一個路徑中任意選擇一個類,來看他加載器是什么ClassLoader loader = CurveDB.class.getClassLoader();System.out.println(loader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@12a3a380 說明是擴展類加載器} }

用戶自定義類加載器

在Java的日常應用程序開發中，類的加載幾乎是由上述3種類加載器相互配合執行的，在必要時，我們還可以自定義類加載器，來定制類的加載方式。

為什么要自定義類加載器?
隔離加載類
修改類加載的方式
擴展加載源
防止源碼泄漏

用戶自定義類加載器實現步驟:

1．開發人員可以通過繼承抽象類java.lang.classLoader類的方式，實現自己的類加載器，以滿足一些特殊的需求

2．在JDK1.2之前，在自定義類加載器時，總會去繼承classLoader類并重寫loadclass ()方法，從而實現自定義的類加載類，但是在JDK1.2之后已不再建議用戶去覆蓋loadclass ()方法，而是建議把自定義的類加載邏輯寫在findclass ()方法中

3．在編寫自定義類加載器時，如果沒有太過于復雜的需求，可以直接繼承URLClassLoader類，這樣就可以避免自己去編寫findclass()方法及其獲取字節碼流的方式，使自定義類加載器編寫更加簡潔

代碼解釋下

package com.fs.classtest;import java.io.FileNotFoundException;/*** 自定義類的加載器* 1．開發人員可以通過繼承抽象類java.lang.classLoader類的方式，實現自己的類加載器，以滿足一些特殊的需求** 2．在JDK1.2之前，在自定義類加載器時，總會去繼承classLoader類并重寫loadclass ()方法，從而實現自定義的類加載類，但是在JDK1.2之后已不再建議用戶去覆蓋loadclass ()方法，而是建議把自定義的類加載邏輯寫在findclass ()方法中* * 3．在編寫自定義類加載器時，如果沒有太過于復雜的需求，可以直接繼承URLClassLoader類，這樣就可以避免自己去編寫findclass()方法及其獲取字節碼流的方式，使自定義類加載器編寫更加簡潔*/ public class CustomClassLoader extends ClassLoader{@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {try {byte[] classFromCustomPath = getClassFromCustomPath(name);if (classFromCustomPath == null){throw new FileNotFoundException();}else {return defineClass(name,classFromCustomPath,0,classFromCustomPath.length);}}catch (Exception e){e.printStackTrace();}throw new ClassNotFoundException();}//自定義方法private byte[] getClassFromCustomPath(String name){//從自定義路徑加載指定類:細節省略//如果指定路徑的字節碼文件進行了加密,者需要在此方法中進行解密操作return null;}//測試一下public static void main(String[] args) {CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();try{Class<?> clazz = Class.forName("One", true, customClassLoader);Object obj = clazz.newInstance();System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());}catch (Exception e){e.printStackTrace();}} }

關于ClassLoader

ClassLoader類，它是一個抽象類，其后所有的類加載器都繼承自ClassLoader（不包括啟動類加載器）

獲取ClassLoader的途徑

方式一:獲取當前類的ClassLoader
clazz.getClassLoader ()
方式二:獲取當前線程上下文的classLoader
Thread.currentThread ().getContextClassLoader ()
方式三:獲取系統的classLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader ()
方式四:獲取調用者的classLoader
DriverManager.getCallerClassLoader ()

二 雙親委派機制

什么事雙親委派機制

概念:

Java虛擬機對class文件采用的是按需加載的方式，也就是說當需要使用該類時才會將它的class文件加載到內存生成class對象。而且加載某個類的class文件時，Java虛擬機采用的是雙親委派模式，即把請求交由父類處理，它是一種任務委派模式。

工作原理:

1)如果一個類加載器收到了類加載請求，它并不會自己先去加載，而是把這個請求委托給父類的加載器去執行;

2)如果父類加載器還存在其父類加載器，則進一步向上委托，依次遞歸，請求最終將到達頂層的啟動類加載器;

3)如果父類加載器可以完成類加載任務，就成功返回，倘若父類加載器無法完成此加載任務，子加載器才會嘗試自己去加載，這就是雙親委派模式。

代碼測試

很有意思的代碼 - 沙箱安全機制

為什么在我們自定義的java.lang.String中寫main方法執行報錯?

package java.lang;/*** 我自定義了一一個和java.lang.String* 那么我創建這個對象,到底是java的String 還是我們自己定義的String呢?*/ public class String {static {System.out.println("---自定義的java.lang.String被創建了--");}public static void main(String[] args) {System.out.println("我在自定義java.lang.String中運行main方法");}/*因為由于雙親委派機制,我們自定義的java.lang.String不會被加載,而且由BootStrapClassLoader引導類加載器加載java的String,而java的String中沒有main方法,所以就會提示找不到main方法*/}

雙親委派機制

再次舉列子

優勢

避免類的重復加載
保護程序安全，防止核心API被隨意篡改
√自定義類: java. lang. string
√自定義類: java . lang . shkstart

體現保護優勢的有意思的代碼測試

報錯就是因為雙親委派機制的防止核心API被隨意篡改的保護機制

沙箱安全機制

自定義string類，但是在加載自定義string類的時候會率先使用引導類加載器加載，而引導類加載器在加載的過程中會先加載jdk自帶的文件(rt.jar包中java \lang \string.class)，報錯信息說沒有main方法，就是因為加載的是rt.jar包中的string類。這樣可以保證對java核心源代碼的保護，這就是沙箱安全機制。

三 其他

在JVM中表示兩個class對象是否為同一個類存在兩個必要條件:

類的完整類名必須一致，包括包名。加載這個類的classLoader(指classLoader實例對象)必須相同。

換句話說，在JVM中，即使這兩個類對象(class對象)來源同一個class文
件，被同一個虛擬機所加載，但只要加載它們的ClassLoader實例對象不同，那么這兩個類對象也是不相等的。

對類加載器的引用

JVM必須知道一個類型是由啟動加載器加載的還是由用戶類加載器加載的。如果一個類型是由用戶類加載器加載的，那么JVM會將這個類加載器的一個引用作為類型信息的一部分保存在方法區中。當解析一個類型到另一個類型的引用的時候，JVM需要保證這兩個類型的類加載器是相同的。

類的主動使用和被動使用

Java程序對類的使用方式分為:主動使用和被動使用。

主動使用，又分為七種情況:

創建類的實例訪問某個類或接口的靜態變量，或者對該靜態變量賦值調用類的靜態方法反射（比如: Class.forName ( "com.fs. Test") )初始化一個類的子類Java虛擬機啟動時被標明為啟動類的類JDK 7開始提供的動態語言支持:java .lang.invoke.MethodHandle實例的解析結果REF_getstatic、REF_putstatic、REF_invokestatic句柄對應的類沒有初始化，則初始化

除了以上七種情況，其他使用Java類的方式都被看作是對類的被動使用，都不會導致類的初始化。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM学习笔记之-类加载子系统,类的加载与类的加载过程,双亲委派机制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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