类的加载过程

• JVM中的类加载过程分为三步:
  • 装载: Load
  • 链接: Link
  • 初始化: Initialize

装载

• 查找并加载类的二进制数据

链接

• 验证: 确保加载类的正确性
• 准备: 为类的静态变量分配内存,将将这些静态变量初始化为默认值
• 解析: 将类中的符号引用转换为直接引用

• 之所以要有验证的步骤:
  • 首先如果由编译器生成的class文件,必定符合JVM字节码格式
  • 但是,如果使用自定义的class文件,在JVM中加载运行,会导致安全问题
  • 因此需要为class文件添加验证的步骤,如果不符合,就不会继续执行,保证JVM安全

初始化

• 为类的静态变量赋予正确的初始值

• 准备阶段和初始化阶段似乎有矛盾,但其实并不矛盾:
  • 假如类中有这样的语句: private static int a = 10 , 该语句的执行过程如下:
    • 首先字节码文件加载到内存中
    • 进行链接的验证步骤
    • 验证通过后进行准备步骤,给a分配内存
    • 因为变量a是static属性,所以a的值为int类型的默认初始值0,即a = 0
    • 然后进行到解析的步骤
    • 只有到初始化步骤时,才把a的真正的值10赋给a,此时a = 10

类的初始化

类进行初始化的场景

• 创建类的实例,即new一个新的对象时
• 访问某个类或者接口的静态变量,或者对这样的静态变量赋值时
• 调用类的静态方法时
• 反射: Class.forName(“XxxClass”)
• 初始化一个类的子类时,会首先初始化子类的父类
• JVM启动时标明的启动类时,即文件名和类名相同的类

类的初始化步骤

• 如果这个类还没有被加载和链接,就首先进行装载和链接
• 如果这个类存在直接父类,并且这个类还没有被初始化(在一个类加载器中,类只能初始化一次),就初始化直接的父类. 这个情况不适用于接口
• 加入类中存在初始化语句,比如static变量或者static块, 就执行这些初始化语句

类的加载

类的加载过程

• 将类的 .class文件中的二进制数据 读入到内存中
• 将这些数据放在运行时的数据区的方法区内
• 在堆区创建一个这个类的java.lang.Class对象,用来封装类在方法区类的对象
• 类的加载最终生成位于堆区中的Class对象
  • Class对象封装了类在方法区内的数据结构
  • Class对象提供了访问方法区内的数据结构的接口

类的加载方式

• 从本地系统直接加载
• 通过网络下载.class文件
• 从zip, jar等归档文件中加载.class文件
• 从专有数据库中提取.class文件
• 将Java源文件动态编译为.class文件,比如服务器

类加载器

类加载器作用

• 类加载器的作用: 将类的字节码加载到JVM中

  • JVM中规定可以使用Java代码自定义类加载器来将类的字节码信息加载到JVM中
  • JVM再次使用类加载器时,不是一次性将所有的类都加载进来,而是在使用某个类时,当JVM中不存在这个类才会去加载

• Java的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的

类加载器类型

• 类加载器是配合加载的 : Application ClassLoader -> Extension ClassLoader -> Bootstrap ClassLoader

Bootstrap ClassLoader

• 启动类加载器Bootstrap ClassLoader
• 负责加载系统的核心类.包括jre/lib目录下的类和 -Xbootclasspath参数指定的类
• 负责加载 $JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class, 由C++ 实现,不是ClassLoader类

Extension ClassLoader

• 扩展类加载器Extension ClassLoader
• 负责加载Java平台中扩展功能的一些jar包,包括 $JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或者 -Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

Application ClassLoader

• 应用程序类加载器Application ClassLoader
• 负责加载用户类
• 负责加载classpath中指定的jar包及目录中class

Custom ClassLoader

• 应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader
• Tomcat,JBoss都会根据J2EE规范自行实现ClassLoader

加载过程

• 类加载器首先会检查类是否已经被加载
• 检查顺序自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查
• 只要某个ClassLoader已加载就表示已加载此类,保证此类的所有ClassLoader至少要被加载一次
• 加载的顺序是自顶向下,由上层来逐层尝试加载此类

双亲委派

• 双亲委派:
  • 在加载一个类时,如果存在类加载器和父类加载器,就会尝试使用父类加载器去加载这个类
  • 只有当父类加载器没有加载过这个类并且父类加载器也无法加载这个类时,才会使用自身的类加载器去加载这个类
• 双亲委派机制的设计原因:
  • 类加载器用于实现类的加载作用,但是类加载器的意义远远超过了类加载阶段.所有的类最终都会加载到内存中,对于任意一个类通过 “类的全限定名称 + 同一类加载器” 来确定类在内存中的唯一性.,也就是说,两个来源于同一class文件的两个类,被同一个虚拟机加载,只要加载类的类加载器不同,这两个类就必定不相等
  • 对于java.lang.String的类来说:
    • 根据双亲委派模型,无论哪一个需要使用String类时,都会由Bootstrap ClassLoader加载
    • 如果没有使用双亲委派模型,就会由各个类加载器自行加载,就会导致系统中存在多个不同的String类.这样会导致Java类型体系中最基础的行为也无法保证,应用程序会很混乱