类加载子系统简介

简图

详细图

类加载器与类的加载过程

类加载器子系统作用

1. 分为三个阶段：加载阶段 -> 链接阶段 -> 初始化阶段
2. 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class,class文件在文件开头有特定的文件标识。
3. ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。
4. 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间， 除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）

类的加载过程

加载

1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
2. 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
3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

补充：加载.class文件的方式

• 从本地系统中直接加载
• 通过网络获取
• 从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础
• 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
• 由其他文件生成，典型场景：JSP应用
• 从专有数据库中提取.class文件，比较少见
• 从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施

链接

1. 验证（Verify）
   • 目的在于确保class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机的要求，保证被加载的类的正确性。不危害虚拟机中的自生安全。
   • 主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证
2. 准备(Prepare)
   • 为类变量分配内存，并设置该类变量的默认初始值。即零值。
   • 这里不包含被final修饰的static，应为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化。
   • 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量会随着对象一起分配到Java堆中。
3. 解析（Resolve）
   • 将常量池中的符号引用转化为直接引用的过程。
   • 事实上，解析操作往往伴随着jvm在执行完成初始化之后再执行。
   • 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标，符号引用的字面量形式明确定义在《Java虚拟机规范》的class文件格式中，直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
   • 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

初始化

• 初始化阶段就是执行类构造器方法()的过程
• 此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的预计合并而来的。
• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
• ()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下（））
• 若该类具有父类，JVM会保证子类的（）执行前，父类的（）已经执行完毕。
• 虚拟机必须保证一个类的（）方法在多线程下被同步加锁。

类加载器的分类

• JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（Bootsrrap ClassLoader） 和自定义加载器（User Defined ClassLoader）.
• 从概念上来讲，自定义类加载器一般是指由开发人员自定义的一类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义。而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义加载器。
• 无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个，如下图所示：
  

java 的核心类库都是由引导类加载器进行加载的。

虚拟机自带的加载器

• 启动类加载器
  • 这个类加载使用c/c++语言实现的，嵌套在JVM内部
  • 它用来加载Java的核心库
  • 并不继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器。
  • 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。
  • 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为Java、javax、sun等开头的类。
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）
  • Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为启动类加载器
  • 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。
• 应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）
  • Java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为启动类加载器
  • 它负责加载环境变量classpath或系统属性 java.class.path 指定路径下的类库。
  • 该类加载是程序中默认的加载器，一般来说，java应用的类都是由它来完成加载。
  • 通过ClassLoader#getSystemClassLoader（）方法可以获取到该类加载器。

用户自定义类加载器

• 为什么要自定义加载器
  • 隔离加载类
  • 修改类加载的方式
  • 扩展加载资源
  • 防止源码泄露

关于ClassLoader

双亲委派机制

• 按需加载
• 工作原理
  • 如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行。
  • 如果父类的加载器还存在其父类的加载器，则进一步向上委托。依此递归，请求最终将达到最顶层的启动类加载器。
  • 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父加载器无法完成此任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

• 优势
  • 避免了类的重复加载
  • 防止核心包的篡改

其他

类的被动使用和主动使用

java程序对类的使用方式分为：主动使用和被动使用

• 主动使用，又分为七种情况：
  • 创建类的实例
  • 访问某个类的接口的静态变量，或这对该静态变量赋值。
  • 调用类的静态方法
  • 反射（比如CLass.forName(“com.atguigu.Test”)）
  • 初始化一个类的子类
  • Java虚拟机启动时，被标明为启动类的类
  • JDK7开始提供的动态语言支持：
    java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果
    REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invoketStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化。
• 除了以上七种情况，其他使用JAVA类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致初始化。