深入研究Java类装载机制

目录

1.为什么要研究java类装在机制？

2.了解类装载机制，对于我们在项目开发中有什么作用？

3.装载实现细节。

4.总结

一、为什么药研究Java类装载机制

　　java类加载机制，便于我们使用自定义类加载器；深入理解，对于理解编译原理也有很大帮助。

二、了解类装载机制，在我们项目开始中的应用

　　在项目中，我们可以使用自定义类加载器，可以帮助我们做如下操作：

　　（1）加密。java代码很容易被反编译，如果你需要把自己的代码进行加密，可以先将编译后的代码用某种加密算法加密，然后实现自己的类加载器，负责将这段加密后的代码还原，以被操作系统所识别。这样，别人看到的是加密后的.class文件，无法进行反编译。

　　（2）从指定来源加载。如果字节码文件不是采用标准的方式来加载代码，可能从数据库或者网络上加载，就需要自定义类加载器，从指定路径加载类文件。

　　（3）性能。基于实际情况，动态创建代码并执行。

三、java类装载机制原理

　　Java程序被执行的流程图如下：Java源文件(*.java)==》java编译器==》字节码文件（*.class）==》类装载器==》字节码校验器==》解释器==》操作系统，整个文件被load到内存区，一系列动作之后，最终形成了操作系统可以识别的代码，操作系统找到main方法开始执行。其中，heap（new出来的东西放在里面）、stack（局部变量）、data segment（静态变量或字符串常量）、code segment（存放代码）。

如上图所示，public static void main（String args[]）被编译到操作系统中后，作为程序的入口，开始执行。接下来分析一下这个过程

   

如左图所示，JRE提供的jar包，正如名字一样，它提供了java运行时环境。右图是Hello World被编译为.class文件后的效果。一个java类被加载的过程如下：

1、使用命令执行javac Main.java,生成Main.class文件；执行java Main命令，JVM会将Main.class加载到内存中，并形成一个class的对象Main.class。关于Class对象和Object对象的区别，参考附录一。

2、JVM将Main.class加载到内存如下：首先，寻找JRE目录，找到jvm.dll，并初始化JVM；然后产生一个Bootstrap Loader（启动类加载器），Bootstrap Loader自动加载Extended Loader(标准扩展类加载器)，并将其父loader设置为Bootstrap loader;Bootstrap Loader自动加载Appclass loader（系统类加载器），并将其父loader设为Extended Loader。最后由Appclass loader加载Main类。

即：Bootstrap loader==》Extended Loader==》Appclass loader（*.class文件说明见附录二）

3、接着第二部，在装载过程中，如编译原理中所描述，要依次进行如下步骤。类加载器appclass loader寻找类的字节码文件Main.class,并且构造出类的JVM内部表示的对象组件。

　　（1）装载，查找和导入class文件。

　　（2）链接，把二进制数据合并到JRE中。

　　　　（a）校验：检查载入class文件数据的正确性

　　　　（b）准备：给类的静态变量分配存储空间

　　　　（c）解析：将符号引用转成直接引用

　　（3）初始化，对类的静态变量，静态代码块进行初始化操作。

4、常用方法：

ClassLoader loader = Main.class.getClassLoader();
loader.loadClass("Main"); 

类加载有三种方式：
1、命令行启动应用时候由JVM初始化加载
2、通过Class.forName()方法动态加载
3、通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载

四、总结

　　类的加载，最终从硬盘加载到内存当中，变成基于操作系统可以识别的二进制文件流来执行，因此，优化代码，需要掌握JVM在内存当中的布局。

附录一：Object和Class两个类之间的区别

　　Object是所有类的父类，所有类当然也包括Class类。所以，Object类是Class类的父类。

private Class(ClassLoader loader) {
    // Initialize final field for classLoader.  The initialization value of non-null
    // prevents future JIT optimizations from assuming this final field is null.
    classLoader = loader;
}

　　Class这个类，构造方法是私有的。所以不能显示的new 一个class对象。它是用来描述一个对象的元信息的。

附录二：*.class文件说明

　　Java的Class文件是有8个字节为基础的字节流构成的，这些字节流之间都严格按照规定的顺序排列，并且字节之间不存在任何空隙，对于超过8个字节的数据，将按照Big-Endian的顺序存储的，也就是说高位字节存储在低的地址上面，而低位字节存储到高地址上面，其实这也是class文件要跨平台的关键。