关于jvm:JVM类加载子系统

JVM- 类加载子系统

JVM 架构图

1. 类加载子系统作用

• 类加载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成为办法区的内存空间。除了类信息之外，办法区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）

1.1 类加载器 ClassLoader 角色

1.2 加载

• 通过一个类的全限定获取定名义此类的二进制字节流；
• 将这个字节流所代表的的动态存储构造转化为办法区的运行时数据；
• 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

1.3 链接

1.3.1 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，源数据验证，字节码验证，符号援用验证。

1.3.2 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了，筹备阶段会显式初始化；
• 这里不会为实例变量调配初始化，类变量会调配在办法去中，而实例变量是会随着对象一起调配到 java 堆中。

1.3.3 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。符号利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。

1.4 初始化

• 初始化阶段就是执行类结构器办法 clinit（）的过程。

• 此办法不须要定义，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。

  咱们留神到如果没有动态变量 c，那么字节码文件中就不会有 clinit 办法

• 结构器办法中指令按语句在源文件中呈现的程序执行

• clinit()不同于类的结构器。（关联：结构器是虚拟机视角下的 init()）
• 若该类具备父类，jvm 会保障子类的 clinit()执行前，父类的 clinit()曾经执行结束

• 虚拟机必须保障一个类的 clinit()办法在多线程下被同步加锁。

2. 类加载器分类

• JVM 反对两种类型的加载器，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三个，如下所示：

2.1 自定义类与外围类库的加载器

• 对于用户自定义类来说：应用零碎类加载器 AppClassLoader 进行加载
• java 外围类库都是应用疏导类加载器 BootStrapClassLoader 加载的

/**
 * ClassLoader 加载
 */
public class ClassLoaderTest {public static void main(String[] args) {
        // 获取零碎类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        // 获取其下层  扩大类加载器
        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@610455d6

        // 获取其下层 获取不到疏导类加载器
        ClassLoader bootStrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootStrapClassLoader);//null

        // 对于用户自定义类来说：应用零碎类加载器进行加载
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //String 类应用疏导类加载器进行加载的  -->java 外围类库都是应用疏导类加载器加载的
        ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null

    }
}

2.2 虚拟机自带的加载器

• ①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
  • 加载拓展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父加载器
  • 处于平安思考，BootStrap 启动类加载器只加载包名为 java、javax、sun 等结尾的类

• ②拓展类加载器（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 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，也会由拓展类加载器主动加载

• ③应用程序类加载器（零碎类加载器，AppClassLoader）

  • java 语言编写，由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。
  • 派生于 ClassLoader 类
  • 父类加载器为拓展类加载器
  • 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
  • 该类加载器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

  代码演示

/**
 * 虚拟机自带加载器
 */
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();
        // 获取 BootStrapClassLoader 可能加载的 api 门路
        for (URL e:urls){System.out.println(e.toExternalForm());
        }

        // 从下面的门路中随便抉择一个类 看看他的类加载器是什么
        //Provider 位于 /jdk1.8.0_171.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar 下，疏导类加载器加载它
        ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//null

        System.out.println("******** 拓展类加载器 ********");
        String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
        for (String path : extDirs.split(";")){System.out.println(path);
        }
        // 从下面的门路中随便抉择一个类 看看他的类加载器是什么: 拓展类加载器
        ClassLoader classLoader1 = CurveDB.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4dc63996
    }
}

2.3 用户自定义类加载器

为什么

• 隔离加载类
• 批改类加载的形式
• 拓展加载源
• 避免源码透露

3 ClassLoader 的罕用办法及获取办法

3.1 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）

3.2 ClassLoader 继承关系

拓展类加载器和零碎类加载器间接继承于 ClassLoader 抽象类

3.3 获取 ClassLoader 的路径

4. 双亲委派机制

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她的 class 文件加载到内存生成的 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

4.1 双亲委派机制工作原理

例

4.2 双亲委派机制的劣势

• 防止类的反复加载

• 爱护程序平安，避免外围 API 被随便篡改

  • 自定义类：java.lang.String
  • 自定义类：java.lang.MeDsh（java.lang 包须要拜访权限，阻止咱们用包名自定义类）

5. 沙箱平安机制

自定义 String 类，然而在加载自定义的 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过程中会先加载 jdk 自带的文件（rt.jar 包中的 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 *.

类比举例： 咱们在读写 U 盘信息时能够用 360 沙箱，避免 U 盘内的病毒等对沙箱外的零碎形成净化

6. 其余

• 在 jvm 中示意两个 class 对象是否为同一个类存在的两个必要条件

  • 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有启动类加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型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会议局部保留在办法区中。当解析一个类型到另一个类型的援用的时候，JVM 须要保障两个类型的加载器是雷同的。

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，分为七种状况

  • 创立类的实例
  • 拜访某各类或接口的动态变量，或者对动态变量赋值
  • 调用类的静态方法
  • 反射 比方 Class.forName(com.dsh.jvm.xxx)
  • 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
  • JDK 7 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。