java类验证和装载顺序_JVM类加载过程分析及验证
JVM類加載過程共分為加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用和卸載七個(gè)階段
這些階段通常都是互相交叉的混合式進(jìn)行的，通常會(huì)在一個(gè)階段執(zhí)行的過程中調(diào)用或激活另外一個(gè)階段。
加載
加載過程是JVM類加載的第一步，如果JVM配置中打開-XX:+TraceClassLoading，我們可以在控制臺(tái)觀察到類似
[Loaded chapter7.SubClass from file:/E:/EclipseData-Mine/Jvm/build/classes/]
的輸出，這就是類加載過程的日志。
加載過程是作為程序猿最可控的一個(gè)階段，因?yàn)槟憧梢噪S意指定類加載器，甚至可以重寫loadClass方法，當(dāng)然，在jdk1.2及以后的版本中，loadClass方法是包含雙親委派模型的邏輯代碼的，所以不建議重寫這個(gè)方法，而是鼓勵(lì)重寫findClass方法。
類加載的二進(jìn)制字節(jié)碼文件可以來自jar包、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及各種語言的編譯器編譯而來的.class文件等各種來源。
加載過程主要完成如下三件工作：
1>通過類的全限定名(包名+類名)來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流
2>將字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在方法區(qū)
3>為類生成java.lang.Class對(duì)象，并作為該類的唯一入口
這里涉及到一個(gè)概念就是類的唯一性，書上對(duì)該概念的解釋是：在類的加載過程中，一個(gè)類由類加載器和類本身唯一確定。也就是說，如果一個(gè)JVM虛擬機(jī)中有多個(gè)不同加載器，即使他們加載同一個(gè)類文件，那得到的java.lang.Class對(duì)象也是不同的。因此，只有在同一個(gè)加載器中，一個(gè)類才能被唯一標(biāo)識(shí)，這叫做類加載器隔離。
驗(yàn)證
驗(yàn)證過程相對(duì)來說就有復(fù)雜一點(diǎn)了，不過驗(yàn)證過程對(duì)JVM的安全還是至關(guān)重要的，畢竟你不知道比人的代碼究竟能干出些什么。
驗(yàn)證過程主要包含四個(gè)驗(yàn)證過程：
1>文件格式驗(yàn)證
四個(gè)驗(yàn)證過程中，只有格式驗(yàn)證是建立在二進(jìn)制字節(jié)流的基礎(chǔ)上的。格式驗(yàn)證就是對(duì)文件是否是0xCAFEBABE開頭、class文件版本等信息進(jìn)行驗(yàn)證，確保其符合JVM虛擬機(jī)規(guī)范。
2>元數(shù)據(jù)驗(yàn)證
元數(shù)據(jù)驗(yàn)證是對(duì)源碼語義分析的過程，驗(yàn)證的是子類繼承的父類是否是final類；如果這個(gè)類的父類是抽象類，是否實(shí)現(xiàn)了起父類或接口中要求實(shí)現(xiàn)的所有方法；子父類中的字段、方法是否產(chǎn)生沖突等，這個(gè)過程把類、字段和方法看做組成類的一個(gè)個(gè)元數(shù)據(jù)，然后根據(jù)JVM規(guī)范，對(duì)這些元數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證。所以，元數(shù)據(jù)驗(yàn)證階段并未深入到方法體內(nèi)。
3>字節(jié)碼驗(yàn)證
既然元數(shù)據(jù)驗(yàn)證并未深入到方法體內(nèi)部，那么到了字節(jié)碼驗(yàn)證過程，這一步就不可避免了。字節(jié)碼主要是對(duì)方法體內(nèi)部的代碼的前后邏輯、關(guān)系的校驗(yàn)，例如：字節(jié)碼是否執(zhí)行到了方法體以外、類型轉(zhuǎn)換是否合理等。
當(dāng)然，這很復(fù)雜。
所以，即使是到了如今jdk1.8，也還是無法完全保證字節(jié)碼驗(yàn)證準(zhǔn)確無遺漏的。而且，如果在字節(jié)碼驗(yàn)證浪費(fèi)了大量的資源，似乎也有些得不償失。
4>符號(hào)引用驗(yàn)證
符號(hào)引用的驗(yàn)證其實(shí)是發(fā)生在符號(hào)引用向直接引用轉(zhuǎn)化的過程中，而這一過程發(fā)生在解析階段。
因?yàn)槎际球?yàn)證，所以一并在這講。符號(hào)引用驗(yàn)證做的工作主要是驗(yàn)證字段、類方法以及接口方法的訪問權(quán)限、根據(jù)類的全限定名是否能定位到該類等。具體過程會(huì)在接下來的解析階段進(jìn)行分析。
好了，驗(yàn)證階段的工作基本就是以上四類，下面我們來看下一個(gè)階段。
準(zhǔn)備
相信經(jīng)歷過艱辛的驗(yàn)證階段的磨練，JVM和我們都倍感疲憊。所以，接下來的準(zhǔn)備階段給我們提供了一個(gè)相對(duì)輕松的休息階段。
準(zhǔn)備階段要做的工作很簡(jiǎn)單，他瞄準(zhǔn)了類變量這個(gè)元數(shù)據(jù)，把他放進(jìn)了方法區(qū)并進(jìn)行了初始化，這里的初始化并不是或者操作，準(zhǔn)備階段只是將這些可愛的類變量置零。
解析
這一部分我畫了幾個(gè)圖，內(nèi)容有些多，放在另一篇文章里：解析
初始化
初始化階段是我們可以大搞實(shí)驗(yàn)的一塊實(shí)驗(yàn)田。首先，初始化階段做什么？這個(gè)階段就是執(zhí)行方法。而方法是由編譯器按照源碼順序依次掃描類變量的賦值動(dòng)作和static代碼塊得到的。
那么問題來了，啥時(shí)候才會(huì)觸發(fā)一個(gè)類的初始化的操作呢？答案有且只有五個(gè)：
1>在類沒有進(jìn)行過初始化的前提下，當(dāng)執(zhí)行new、getStatic、setStatic、invokeStatic字節(jié)碼指令時(shí)，類會(huì)立即初始化。對(duì)應(yīng)的java操作就是new一個(gè)對(duì)象、讀取/寫入一個(gè)類變量(非final類型)或者執(zhí)行靜態(tài)方法。
2>在類沒有進(jìn)行過初始化的前提下，當(dāng)一個(gè)類的子類被初始化之前，該父類會(huì)立即初始化。
3>在類沒有進(jìn)行過初始化的前提下，當(dāng)包含main方法時(shí)，該類會(huì)第一個(gè)初始化。
4>在類沒有進(jìn)行過初始化的前提下，當(dāng)使用java.lang.reflect包的方法對(duì)類進(jìn)行反射調(diào)用時(shí)，該類會(huì)立即初始化。
5>在類沒有進(jìn)行過初始化的前提下，當(dāng)使用JDK1.5支持時(shí)，如果一個(gè)java.langl.incoke.MethodHandle實(shí)例最后的解析結(jié)果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且這個(gè)方法句柄所對(duì)應(yīng)的類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
以上五種情況被稱作類的五種主動(dòng)引用，除此之外的任何情況都被相應(yīng)地叫做被動(dòng)引用。以下是集中常見的且容易迷惑人心智的被動(dòng)引用的示例：
/**
通過子類引用父類的類變量不會(huì)觸發(fā)子類的初始化操作
*/
public class SuperClass {
public static String value = "superClass value";
static {
System.out.println("SuperClass init!");
}
}
public class SubClass extends SuperClass implements SuperInter{
static {
System.out.println("SubClass init!");
}
}
public class InitTest {
static {
System.out.println("InitTest init!");//main第一個(gè)初始化
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(SubClass.value);
}
}
/**
output:
InitTest init!
SuperClass init!
superClass value
*/
/**
通過定義對(duì)象數(shù)組的方式是不能觸發(fā)對(duì)象初始化的
*/
public static void main(String[] args) {
SubClass[] superArr = new SubClass[10];
}
/**
output:
InitTest init!
*/
/**
引用類的final類型的類變量無法觸發(fā)類的初始化操作
*/
public class SuperClass {
public static final String CONSTANT_STRING = "constant";
static {
System.out.println("SuperClass init!");
}
}
public class InitTest {
static {
System.out.println("InitTest init!");//main
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(SuperClass.CONSTANT_STRING);//getStatic
}
}
/**
output:
InitTest init!
constant
*/
了解了什么時(shí)候出發(fā)初始化操作后，那么初始化操作的執(zhí)行順序是什么樣的？并發(fā)初始化情況下的運(yùn)行機(jī)制又如何？
JVM虛擬機(jī)規(guī)定了幾條標(biāo)準(zhǔn)：
先父類后子類，(源碼中)先出現(xiàn)先執(zhí)行
向前引用：一個(gè)類變量在定義前可以賦值，但是不能訪問。
非必須：如果一個(gè)類或接口沒有類變量的賦值動(dòng)作和static代碼塊，那就不生成方法.
執(zhí)行接口的方法不需要先執(zhí)行父接口的方法。只有當(dāng)父接口中定義的變量被使用時(shí)，父接口才會(huì)被初始化。另外，接口的實(shí)現(xiàn)類在初始化時(shí)也一樣不會(huì)執(zhí)行接口的方法。
同步性：方法的執(zhí)行具有同步性，并且只執(zhí)行一次。但當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行該類的方法時(shí)，其他的初始化線程需阻塞等待。
我們通過一個(gè)實(shí)例來驗(yàn)證線程的阻塞問題：
public class SuperClass {
static {
System.out.println("SuperClass init!");
System.out.println("Thread.currentThread(): " + Thread.currentThread() + " excuting...");
try {
Thread.sleep(1000 * 5);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public class InitTest {
static {
System.out.println("InitTest init!");//main
}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InterruptedException {
currentInitTest();
}
public static void currentInitTest() throws InterruptedException {
Runnable run = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Thread.currentThread(): " + Thread.currentThread() + " start");
new SuperClass();
System.out.println("Thread.currentThread(): " + Thread.currentThread() + " end");
}
};
Thread[] threadArr = new Thread[10];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
threadArr[i] = new Thread(run);
}
for (Thread thread : threadArr) {
thread.start();
}
}
}
/**
output:
InitTest init!
Thread.currentThread(): Thread[Thread-0,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-1,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-2,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-7,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-6,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-3,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-5,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-9,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-4,5,main] start
Thread.currentThread(): Thread[Thread-8,5,main] start
SuperClass init!
Thread.currentThread(): Thread[Thread-0,5,main] excuting...
Thread.currentThread(): Thread[Thread-9,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-3,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-6,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-7,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-0,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-5,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-4,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-8,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-1,5,main] end
Thread.currentThread(): Thread[Thread-2,5,main] end
*/
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的java类验证和装载顺序_JVM类加载过程分析及验证的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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