关于java:第二章-类加载器详解

2 章类加载器详解

微信搜：全栈小刘，获取文章pdf版本

1、内存构造概述

如果本人想手写一个Java虚拟机的话，次要思考哪些构造呢？

类加载器
执行引擎

残缺框图：

2、类加载子系统

类加载器子系统作用

类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件结尾有特定的文件标识。
ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否能够运行，则由Execution Engine决定。
加载的类信息寄存于一块称为办法区的内存空间。除了类的信息外，办法区中还会寄存运行时常量池信息，可能还包含字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池局部的内存映射）

class –> Java.lang.Class

class file存在于本地硬盘上，能够了解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来依据这个文件实例化出n个截然不同的实例。
class file加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在办法区。
在.class文件–>JVM–>最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器Class Loader），表演一个快递员的角色。

3、类加载过程

3.1、类加载过程概述

看代码

public class HelloLoader {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("谢谢ClassLoader加载我....");
        System.out.println("你的大恩大德，我下辈子再报！");
    }
}

它的加载过程是怎么样的呢?
- 执行 main() 办法（静态方法）就须要先加载承载类 HelloLoader
- 加载胜利，则进行链接、初始化等操作，实现后调用 HelloLoader 类中的静态方法 main
- 加载失败则抛出异样

残缺的流程图如下所示： *加载 –> 链接（验证 –> 筹备 –> 解析） –> 初始化

3.2、加载阶段

加载流程

通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
将这个字节流所代表的动态存储构造转化为 办法区的运行时数据结构
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为办法区这个类的各种数据的拜访入口

加载class文件的形式

从本地零碎中间接加载
通过网络获取，典型场景：Web Applet
从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格局的根底
运行时计算生成，应用最多的是：动静代理技术
由其余文件生成，典型场景：JSP利用从专有数据库中提取.class文件，比拟少见
从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施

3.3、链接阶段

*链接分为三个子阶段：验证 –> 筹备 –> 解析

3.3.1、验证(Verify)

验证

目标在于确保Class文件的字节流中蕴含信息合乎以后虚拟机要求，保障被加载类的正确性，不会危害虚拟机本身平安
次要包含四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号援用验证。

举例

应用 BinaryViewer 查看字节码文件，其结尾均为 CAFE BABE ，如果呈现不非法的字节码文件，那么将会验证不通过

3.3.2、筹备(Prepare)

筹备

为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值
这里不蕴含用final润饰的static，因为final在编译的时候就会调配好了默认值，筹备阶段会显式初始化
留神：这里不会为实例变量调配初始化，类变量会调配在办法区中，而实例变量是会随着对象一起调配到Java堆中

举例

代码：变量a在筹备阶段会赋初始值，但不是1，而是0，在初始化阶段会被赋值为 1

public class HelloApp {
    private static int a = 1;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);
    }
}

3.3.3、解析(Resolve)

解析

将常量池内的符号援用转换为间接援用的过程
事实上，解析操作往往会随同着JVM在执行完初始化之后再执行
符号援用就是一组符号来形容所援用的指标。符号援用的字面量模式明确定义在《java虚拟机标准》的class文件格式中。间接援用就是间接指向指标的指针、绝对偏移量或一个间接定位到指标的句柄
解析动作次要针对类或接口、字段、类办法、接口办法、办法类型等。对应常量池中的CONSTANT Class info、CONSTANT Fieldref info、CONSTANT Methodref info等

符号援用

反编译 class 文件后能够查看符号援用

3.4、初始化阶段

初始化阶段

初始化阶段就是执行类结构器办法 <clinit>()</clinit> 的过程
此办法不需定义，是javac编译器主动收集类中的所有类变量的赋值动作和动态代码块中的语句合并而来。也就是说， 当咱们代码中蕴含static变量的时候，就会有clinit办法
<clinit>()</clinit> 办法中的指令按语句在源文件中呈现的程序执行
<clinit>()</clinit>不同于类的结构器。（关联：结构器是虚拟机视角下的 <init>()</init>）
若该类具备父类，JVM会保障子类的 <clinit>()</clinit> 执行前，父类的 <clinit>()</clinit> 曾经执行结束
虚拟机必须保障一个类的 <clinit>()</clinit> 办法在多线程下被同步加锁

IDEA 中装置 JClassLib 插件

在 IDEA 中装置 JClassLib 插件后，重启 IDEA 失效

选中对应的 Java 类文件，留神：不是字节码文件~！
点击【View –> Show Bytecode With jclasslib】即可查看反编译后的代码

当咱们代码中蕴含static变量的时候，就会有clinit办法

示例 1：无 static 变量

代码

public class ClinitTest {
    private int a = 1;

    public static void main(String[] args) {
        int b = 2;
    }
}

并没有生成 clinit 办法

示例 2：有 static 变量

代码

public class ClinitTest {

    private int a = 1;
    private static int c = 3;

    public static void main(String[] args) {
        int b = 2;
    }

}

在 clinit 办法中初始化动态变量的值为 3

结构器办法中指令按语句在源文件中呈现的程序执行

示例 1

代码：

public class ClassInitTest {
    private static int num = 1;
    private static int number = 10;

    static {
        num = 2;
        number = 20;
        System.out.println(num);

    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassInitTest.num);
        System.out.println(ClassInitTest.number);
    }
}

动态变量 number 的值变动过程如下
- 筹备阶段时：0
- 执行动态变量初始化：10
- 执行动态代码块：20

示例 1

代码

public class ClassInitTest {
   private static int num = 1;

   static{
       num = 2;
       number = 20;
       System.out.println(num);

   }

   private static int number = 10;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassInitTest.num);
        System.out.println(ClassInitTest.number);
    }
}

动态变量 number 的值变动过程如下
- 筹备阶段时：0
- 执行动态代码块：20
- 执行动态变量初始化：10

结构器是虚拟机视角下的 <init>()</init>

代码

public class ClinitTest {

    private int a = 1;
    private static int c = 3;

    public static void main(String[] args) {
        int b = 2;
    }

    public ClinitTest(){
        a = 10;
        int d = 20;
    }

}

在结构器中：
- 先将类变量 a 赋值为 10
- 再将局部变量赋值为 20

若该类具备父类，JVM会保障子类的 <clinit>()</clinit> 执行前，父类的 <clinit>()</clinit> 曾经执行结束

代码

public class ClinitTest1 {
    static class Father{
        public static int A = 1;
        static{
            A = 2;
        }
    }

    static class Son extends Father{
        public static int B = A;
    }

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println(Son.B);
    }
}

如上代码，加载流程如下：
- 首先，执行 main() 办法须要加载 ClinitTest1 类
- 获取 Son.B 动态变量，须要加载 Son 类
- Son 类的父类是 Father 类，所以须要先执行 Father 类的加载，再执行 Son 类的加载

虚拟机必须保障一个类的 <clinit>()</clinit> 办法在多线程下被同步加锁

代码

public class DeadThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r = () -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始");
            DeadThread dead = new DeadThread();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "完结");
        };

        Thread t1 = new Thread(r, "线程1");
        Thread t2 = new Thread(r, "线程2");

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class DeadThread {
    static {
        if (true) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "初始化以后类");
            while (true) {

            }
        }
    }
}

程序卡死，剖析起因：
- 两个线程同时去加载 DeadThread 类，而 DeadThread 类中动态代码块中有一处死循环
- 先加载 DeadThread 类的线程抢到了同步锁，而后在类的动态代码块中执行死循环，而另一个线程在期待同步锁的开释
- 所以无论哪个线程先执行 DeadThread 类的加载，另外一个类也不会继续执行

4、类加载器的分类

4.1、类加载器概述

类加载器的分类

JVM反对两种类型的类加载器。别离为疏导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）
从概念上来讲，自定义类加载器个别指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，然而Java虚拟机标准却没有这么定义，而是 将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器
无论类加载器的类型如何划分，在程序中咱们最常见的类加载器始终只有3个，如下所示
这里的四者之间是蕴含关系，不是下层和上层，也不是子父类的继承关系。

为什么 ExtClassLoader 和 AppClassLoader 都属于自定义加载器

标准定义：所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器
ExtClassLoader 继承树

AppClassLoader 继承树

代码：
- 咱们尝试获取疏导类加载器，获取到的值为 null ，这并不代表疏导类加载器不存在， 因为疏导类加载器右 C/C++ 语言，咱们获取不到
- 两次获取零碎类加载器的值都雷同：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 ，这阐明 *零碎类加载器是全局惟一的

public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {

        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);

        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);

        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootstrapClassLoader);

        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);

    }
}

4.2、虚拟机自带的加载器

4.2.1、启动类加载器

启动类加载器（疏导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

这个类加载应用C/C++语言实现的，嵌套在JVM外部
它用来加载Java的外围库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path门路下的内容），用于提供JVM本身须要的类
并不继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器
加载扩大类和应用程序类加载器，并作为他们的父类加载器（当他俩的爹）
出于平安思考，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等结尾的类

4.2.2、扩大类加载器

扩大类加载器（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零碎属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的装置目录的jre/lib/ext子目录（扩大目录）下加载类库。如果用户创立的JAR放在此目录下，也会主动由扩大类加载器加载

4.2.3、零碎类加载器

应用程序类加载器（零碎类加载器，AppClassLoader）

Java语言编写，由sun.misc.LaunchersAppClassLoader实现
派生于ClassLoader类
父类加载器为扩大类加载器
它负责加载环境变量classpath或零碎属性java.class.path指定门路下的类库
该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java利用的类都是由它来实现加载
通过classLoader.getSystemclassLoader()办法能够获取到该类加载器

代码举例说明

代码

public class ClassLoaderTest1 {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("**********启动类加载器**************");

        URL[] urLs = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (URL element : urLs) {
            System.out.println(element.toExternalForm());
        }

        ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        System.out.println("***********扩大类加载器*************");
        String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
        for (String path : extDirs.split(";")) {
            System.out.println(path);
        }

        ClassLoader classLoader1 = CurveDB.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);

    }
}

System.out.println(classLoader); 输入 null ，再次证实咱们无奈获取到启动类加载器

**********&#x542F;&#x52A8;&#x7C7B;&#x52A0;&#x8F7D;&#x5668;**************
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_144/jre/classes
null
***********&#x6269;&#x5C55;&#x7C7B;&#x52A0;&#x8F7D;&#x5668;*************
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext
C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@7ea987ac

4.3、用户自定义类加载器

为什么须要自定义类加载器？

在Java的日常利用程序开发中，类的加载简直是由上述3品种加载器相互配合执行的，在必要时，咱们还能够自定义类加载器，来定制类的加载形式。那为什么还须要自定义类加载器？

隔离加载类
批改类加载的形式
扩大加载源
避免源码透露

如何自定义类加载器？

开发人员能够通过继承抽象类java.lang.ClassLoader类的形式，实现本人的类加载器，以满足一些非凡的需要
在JDK1.2之前，在自定义类加载器时，总会去继承ClassLoader类并重写loadClass()办法，从而实现自定义的类加载类，然而在JDK1.2之后已不再倡议用户去笼罩loadClass()办法，而是倡议把自定义的类加载逻辑写在findclass()办法中
在编写自定义类加载器时，如果没有太过于简单的需要，能够间接继承URIClassLoader类，这样就能够防止本人去编写findclass()办法及其获取字节码流的形式，使自定义类加载器编写更加简洁。

代码示例

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

        try {
            byte[] result = getClassFromCustomPath(name);
            if (result == null) {
                throw new FileNotFoundException();
            } else {
                return defineClass(name, result, 0, result.length);
            }
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

    private byte[] getClassFromCustomPath(String name) {

        return null;
    }

    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();
        }
    }
}

4.4、对于 ClassLoader

ClassLoader 类介绍

ClassLoader类，它是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader（不包含启动类加载器）

sun.misc.Launcher 它是一个java虚拟机的入口利用

获取 ClassLoader 路径

获取路径：

代码示例：

public class ClassLoaderTest2 {
    public static void main(String[] args) {
        try {

            ClassLoader classLoader = Class.forName("java.lang.String").getClassLoader();
            System.out.println(classLoader);

            ClassLoader classLoader1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            System.out.println(classLoader1);

            ClassLoader classLoader2 = ClassLoader.getSystemClassLoader();
            System.out.println(classLoader2);

        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

5、双亲委派机制

5.1、双亲委派机制原理

双亲委派机制的原理

Java虚拟机对class文件采纳的是按需加载的形式，也就是说当须要应用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且 加载某个类的class文件时，Java虚拟机采纳的是双亲委派模式，即把申请交由父类解决，它是一种工作委派模式

如果一个类加载器收到了类加载申请，它并不会本人先去加载，而是把这个申请委托给父类的加载器去执行；
如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，顺次递归，申请最终将达到顶层的启动类加载器；
如果父类加载器能够实现类加载工作，就胜利返回，假使父类加载器无奈实现此加载工作，子加载器才会尝试本人去加载，这就是双亲委派模式。
父类加载器一层一层往下分配任务，如果子类加载器能加载，则加载此类，如果将加载任务分配至零碎类加载器也无奈加载此类，则抛出异样

5.2、双亲委派机制代码示例

代码示例

举例 1 ：

代码：咱们本人建设一个 java.lang.String 类，写上 static 代码块

package java.lang;

public class String {
    static{
        System.out.println("我是自定义的String类的动态代码块");
    }
}

在另外的程序中加载 String 类，看看加载的 String 类是 JDK 自带的 String 类，还是咱们本人编写的 String 类

public class StringTest {

    public static void main(String[] args) {
        java.lang.String str = new java.lang.String();
        System.out.println("hello,atguigu.com");

        StringTest test = new StringTest();
        System.out.println(test.getClass().getClassLoader());
    }
}

程序并没有输入咱们动态代码块中的内容，可见依然加载的是 JDK 自带的 String 类

举例 2 ：

代码：在咱们本人的 String 类中整个 main() 办法

package java.lang;

public class String {
    static{
        System.out.println("我是自定义的String类的动态代码块");
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello,String");
    }
}

因为双亲委派机制找到的是 JDK 自带的 String 类，在那个 String 类中并没有 main() 办法

举例 3 ：

代码：在 java.lang 包下整个 ShkStart 类

package java.lang;

public class ShkStart {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello!");
    }
}

出于爱护机制，java.lang 包下不容许咱们自定义类

举例 4 ：

当咱们加载jdbc.jar 用于实现数据库连贯的时候

首先咱们须要晓得的是 jdbc.jar是基于SPI接口进行实现的
所以在加载的时候，会进行双亲委派，最终从根加载器中加载 SPI外围类，而后再加载SPI接口类
接着在进行反向委托，通过线程上下文类加载器进行实现类 jdbc.jar的加载。

5.3、双亲委派机制劣势

双亲委派机制的劣势

通过下面的例子，咱们能够晓得，双亲机制能够

防止类的反复加载
爱护程序平安，避免外围API被随便篡改
1. 自定义类：java.lang.String 没有屌用
2. 自定义类：java.lang.ShkStart（报错：阻止创立 java.lang结尾的类）

6、沙箱平安机制

自定义String类时：在加载自定义String类的时候会率先应用疏导类加载器加载，而疏导类加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中java.lang.String.class），报错信息说没有main办法，就是因为加载的是rt.jar包中的String类。
这样能够保障对java外围源代码的爱护，这就是沙箱平安机制。

7、其余

如何判断两个class对象是否雷同？

在JVM中示意两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件：

类的残缺类名必须统一，包含包名
加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须雷同
换句话说，在JVM中，即便这两个类对象（class对象）起源同一个Class文件，被同一个虚拟机所加载，但只有加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的

对类加载器的援用

JVM必须晓得一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的
如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个援用作为类型信息的一部分保留在办法区中
当解析一个类型到另一个类型的援用的时候，JVM须要保障这两个类型的类加载器是雷同的

类的被动应用和被动应用

Java程序对类的应用形式分为：被动应用和被动应用。被动应用，又分为七种状况：

创立类的实例
拜访某个类或接口的动态变量，或者对该动态变量赋值
调用类的静态方法
反射（比方：Class.forName(“com.atguigu.Test”)）
初始化一个类的子类
Java虚拟机启动时被表明为启动类的类
JDK7开始提供的动静语言反对：java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析后果REF_getStatic、REF putStatic、REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化

除了以上七种状况，其余应用Java类的形式都被看作是对类的被动应用，都不会导致类的初始化，即不会执行初始化阶段（不会调用 clinit() 办法和 init() 办法）

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关于java:第二章-类加载器详解

2 章类加载器详解

1、内存构造概述

2、类加载子系统

3、类加载过程

3.1、类加载过程概述

3.2、加载阶段

3.3、链接阶段

3.3.1、验证(Verify)

3.3.2、筹备(Prepare)

3.3.3、解析(Resolve)

3.4、初始化阶段

4、类加载器的分类

4.1、类加载器概述

4.2、虚拟机自带的加载器

4.2.1、启动类加载器

4.2.2、扩大类加载器

4.2.3、零碎类加载器

4.3、用户自定义类加载器

4.4、对于 ClassLoader

5、双亲委派机制

5.1、双亲委派机制原理

5.2、双亲委派机制代码示例

5.3、双亲委派机制劣势

6、沙箱平安机制

7、其余

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