读《深入理解Java虚拟机》有感——第二部分:虚拟机类加载机制

一、类加载过程

      执行时机：编译程序——>执行程序（JVM启动、程序运行），类加载发生在程序运行期间

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      各个阶段：分为加载阶段、连接阶段（验证、准备、解析）、初始化、使用、卸载

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      执行顺序：大体是按以上阶段依次执行，但相互间有交叉

 

                     加载——>验证（文件格式）——>继续加载——>解析——>验证（元数据、字节码）——>准备——>初始化

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      参与角色：Class文件、Java虚拟机、类加载器      

                   /**HotSpot的Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）是位于虚拟机内部(由C++实现)，其它类加载器外置于JVM(由Java实现)*/

 

二、说明—各个阶段

      加载阶段：

           普通类/接口、 数组类（组件类型为基本类型,如int[][]）：获取、转化、创建、触发

                   获取——类加载器加载Class文件（指定路径+文件名 ——>确定“全限定名称”——>拿到Class文件（与平台无关的二进制字节流））

                   转化——字节码以一定转化成格式，存放在方法区

                   创建——方法区中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象

                   触发——加载的同时，会触发父类、关联引用类的加载

                                             class A extends B————>Class<B>

                               private Class<Person> class————>Class<Person> 

                               Class c =Person.getClass(); ————>Class<Person>                             

1.关于“类加载器”和“生成的这个Class对象”：       1）类加载器              Bootstrap Loader（启动类加载器）、Extended Loader（标准扩展类加载器ExtClassLoader）、AppClass Loader（系统类加载器/应用程序类加载器AppClassLoader）                   启动类加载器：                         目的：加载java_home\lib目录下的字节码文件（如：rt.jar,含有java.lang.Object等基本类）  具体有哪些文件及加载顺序?                          方式：加载System.getProperty("sun.boot.class.path")所指定的路径或jar，在使用Java运行程序时，也可以指定其搜索路径，例如：java -Djava.ext.dirs=d:\projects\testproj\classes HelloWorld                                 参考：http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3978102.htm

               标准扩展类加载器：                         目的：加载java_home\lib\ext目录下的字节码文件

                         方式：加载System.getProperty("java.ext.dirs")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时，也可以指定其搜索路径，例如：java -Djava.ext.dirs=d:\projects\testproj\classes HelloWorld                         结果：<实现类>sun.misc.Luncher@ExtClassLoader————————<继承关系>ClassLoader>URLClassLoader>AppClassLoader

               应用程序类加载器：                         方式：加载System.getProperty("java.class.path")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时，也可以加上-cp来覆盖原有的Classpath设置，例如： java -cp ./lavasoft/classesHelloWorld                         结果：<实现类>sun.misc.Luncher@AppClassLoader————————<继承关系>ClassLoader>URLClassLoader>AppClassLoader

                  自定义类加载器：                         方式：1）继承java.lang.ClassLoader并重写loadClass方法；2）继承java.lang.ClassLoader并重写findClass方法/**JDK1.2后推荐，原因见下方红色部分*/；                         相关：  

 <一>java.lang.Object
 1.getClass()
 public final native Class<?> getClass();    //拿到运行时的Class对象【通过本地方法】
 /**
  *例子：class-Test>main>
  *                    Class c =Person.getClass();
  */
      /**
        *实现：
        *1）虚拟机启动
        *2)虚拟机类加载——Test.class————加载阶段：方法区>外部接口>new java.lang.Class  //Class<?>
        *3)虚拟机类加载——java.lang.Object————【Test加载阶段】触发
        *3)虚拟机类加载——Person.class    ————【Test加载阶段】触发
        *4)应用程序启动
        *5）调用java.lang.ClassLoader>xxx1()、xxx2().....——返回运行时<Person>Class对象
        */

 <二>java。lang.ClassLoader
       1.loadClass(String name, boolean resolve)  /**加载指定名称（包括包名）的二进制类型，同时指定是否解析*/
         loadClass(String name)
     protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {   //空方法
         throw new ClassNotFoundException(name);
     }
     protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)    //拿到类加载器【通过本地方法】
         throws ClassNotFoundException
     {
         synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
             // First, check if the class has already been loaded
             Class c = findLoadedClass(name);
             if (c == null) {
                 long t0 = System.nanoTime();
                 try {
                     if (parent != null) {
                         c = parent.loadClass(name, false);
                     } else {
                         c = findBootstrapClassOrNull(name);
                     }
                 } catch (ClassNotFoundException e) {
                     // ClassNotFoundException thrown if class not found
                     // from the non-null parent class loader
                 }

                 if (c == null) {
                     // If still not found, then invoke findClass in order
                     // to find the class.
                     long t1 = System.nanoTime();
                     c = findClass(name);

                     // this is the defining class loader; record the stats
                     sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                     sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                     sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                 }
             }
             if (resolve) {
                 resolveClass(c);
             }
             return c;
         }
     }

 <三>java.lang.Class
      1.getClassLoader()
 /**例子：class-Test>main>
   *                    Object o =new Object();
   *                       System.out.println(o.getClass().getClassLoader());
                                                                    结果>java.lang.NullPointerException
   */
      /**
       *Returns the class loader for the class.
       *This method will return null in such implementations if this class was loaded by the bootstrap class loader.
       *如果没有指定classLoader就默认返回bootstrap classLoader(启动类加载器)，因为这个bootstrap classLoader
       *用户拿不到实例,所以返回null表示返回的是bootstrap classLoader
       */
 native ClassLoader getClassLoader0();      //拿到类加载器【通过本地方法】
 public ClassLoader getClassLoader() {
         ClassLoader cl = getClassLoader0();
         if (cl == null)
             return null;
         SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
         if (sm != null) {
             ClassLoader.checkClassLoaderPermission(cl, Reflection.getCallerClass());
         }
         return cl;
     }         2.指定类加载器加载类           Class.forName(name, initialize, loader)

       2）与“生成的Class对象”关系              同一Class文件只有被同一类加载器加载，才能判断为相等————>相等的意义在于：1）不相等，会生成多个Class对象；相等，只会生成一个Class对象                                                                             2) 只有同一个Class对象,equals()、isAssignabaleFrom()、instanceof、isInstance()返回结果才相同；

       3）双亲委派模型                                          关系？                              上一级持有下一级的一个引用，属于 has A关系                          分工？（为什么叫双亲委派）                              一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给上一层的类加载器去完成。只有当上级加载器在搜索范围找不到所需类，无法完成这个加载请求时，下级加载器才会尝试自己去加载                           好处？                              Java类随着它的类加载器一起具备了一种优先级的层次关系

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2.加载“类/接口”的策略：         非数组类/接口、数组类（组件类型为基本类型,如int[][]）：               加载生成代表这个类的java.lang.Class对象后，将在类加载器的“类名称空间”上标识为“已加载”（因为前面已经讨论了，同一Class文件对应同一个类加载器才确定生成的是同一个Class对象）

           数组类（组件类型为引用类型，如Person[][]）、非数组类/接口：

                 递归加载组件类型,每次去掉一个维度

连接阶段：

验证——文件格式、元数据、字节码

准备——在方法区为类变量分配内存并初始化

例子                     编译时期                                                             （类加载时）验证阶段—准备时期

static int i =20;             产生constantValue属性,但不会存入常量20                       常规方式进行准备:初始化、分配内存

结果—————>        无                                                                                    0

final static int i =20;             产生constantValue属性,并存20到constantValue               从对应constantValue取出来初始化

结果—————>       20                                                                                   20

解析——将运行时常量池的符号引用替换为直接引用（指向内存目标的句柄），这一过程又叫“静态绑定/静态连接”

      初始化阶段：（动态绑定/动态连接）

              1. 执行时机——主动引用（new、反射、父类、执行主类包含main方法、调用静态方法）

                  *new

                           ——执行父类的<clinit>()、执行本类的<clinit>()、执行父类的<client>、执行本类的<client>

 //例子(笔试常考题目)
 public class Father {

 private static int i =20;
 static{
     System.out.println("Father；(类构造器-before)"+i);
     i =50;
     System.out.println("Father；(类构造器-after)"+i);
 }
 public Father() {
     System.out.println("Father：(实例构造器)"+ }

 }

 public class Son extends Father{

     private static int i =20;
     static{
         System.out.println("Son；(类构造器-before)"+i);
         i =50;
         System.out.println("Son；(类构造器-after)"+i);
     }
     public Son() {
         System.out.println("Son：(实例构造器)"+     }
 }

 public class Main {

     public static void main(String[] args) {
         new Son();

     }

 }

 //输出结果：
         /**
            *Father；(类构造器-before)20
            *Father；(类构造器-after)50
            *Son；(类构造器-before)20
            *Son；(类构造器-after)50
            *Father：(实例构造器)50
            *Son：(实例构造器)50
            */

                   2.主动引用、被动引用 

                            被动引用——会发生类加载，但不会初始化

                                         ——例子：略