深入JVM内核原理-3.JVM的类加载

1.类加载概要

类加载概要.png

2.class加载验证流程

• 加载
  • 加载类的第一个阶段
  • 取得类的二进制流
  • 转为方法区数据结构
  • 在Java堆中生成对应的java.lang.Class对象
• 链接
  • 验证
    • 目的：保证Class流的格式是正确的
      • 文件格式的验证
        • 是否以0xCAFEBABE开头
        • 版本号是否合理
      • 元数据验证
        • 是否有父类
        • 继承了final类？
        • 非抽象类实现了所有的抽象方法
      • 字节码验证（很复杂）
        • 运行检查
        • 栈数据类型和操作码数据参数吻合
        • 跳转指令指定到合理的位置
      • 符号引用验证
        • 常量池中描述类是否存在
        • 访问的方法或字段是否存在且有足够的权限
  • 准备
    • 分配内存，并为类设置初始值（方法区中）
      • public static int v = 1;
      • 在准备阶段中，v会被设置为0；
      • 在初始化的<clinit>中才会被设置为1；
      • 对于static final 类型，在准备阶段就会被附上正确的值;
      • public static final int v = 1;
  • 解析

类加载-解析.png

• 初始化

  • 执行类构造器<clinit>

    • static变量 赋值语句
    • static{} 语句

  • 子类的<clinit>调用前保证父类的<clinit>被调用

  • <clinit>是线程安全的

  • 初始化顺序

    类加载初始化顺序1.png

    package classloader;
    
    public class InitTest {
    
        // 静态变量
        public static String staticField = "静态变量";
    
        // 变量
        public String field = "变量";
    
        // 静态初始化块
        static {
            System.out.println(staticField);
            System.out.println("静态初始化块");
        }
    
        // 初始化块
        {
            System.out.println(field);
            System.out.println("初始化块");
        }
    
        // 构造器
        public InitTest() {
            System.out.println("构造器");
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            new InitTest();
        }
    
    }
    

    输出结果：
    静态变量
    静态初始化块
    变量
    初始化块
    构造器

    类加载初始化顺序2.png

    package classloader;
    
    class Parent {
        // 静态变量
        public static String p_StaticField = "父类--静态变量";
        protected int i = 1;
        protected int j = 8;
        // 变量
        public String p_Field = "父类--变量";
    
        // 静态初始化块
        static {
            System.out.println(p_StaticField);
            System.out.println("父类--静态初始化块");
        }
    
        // 初始化块
        {
            System.out.println(p_Field);
            System.out.println("父类--初始化块");
        }
    
        // 构造器
        public Parent() {
            System.out.println("父类--构造器");
            System.out.println("i=" + i + ", j=" + j);
            j = 9;
        }
    }
    
    public class SubClass extends Parent {
    
        // 静态变量
        public static String s_StaticField = "子类--静态变量";
    
        // 变量
        public String s_Field = "子类--变量";
    
        // 静态初始化块
        static {
            System.out.println(s_StaticField);
            System.out.println("子类--静态初始化块");
        }
        // 初始化块
        {
            System.out.println(s_Field);
            System.out.println("子类--初始化块");
        }
    
        // 构造器
        public SubClass() {
            System.out.println("子类--构造器");
            System.out.println("i=" + i + ",j=" + j);
        }
    
        // 程序入口
        public static void main(String[] args) {
            new SubClass();
        }
    }
    

    输出结果：
    父类--静态变量
    父类--静态初始化块
    子类--静态变量
    子类--静态初始化块
    父类--变量
    父类--初始化块
    父类--构造器
    i=1, j=8
    子类--变量
    子类--初始化块
    子类--构造器
    i=1,j=9

3.什么是类加载器ClassLoader

• ClassLoader是一个抽象类
• ClassLoader的实例将读入Java字节码将类加载到JVM中
• ClassLoader可以定制，满足不同的字节码流获取方式
• ClassLoader负责类加载过程中的加载阶段

3.JDK中ClassLoader默认设计模式

• ClassLoader的重要方法
  • public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException
    • 载入并返回一个Class
  • protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len)
    • 定义一个类，不公开调用
  • protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
    • loadClass回调该方法，自定义ClassLoader的推荐做法
  • protected final Class<?> findLoadedClass(String name)
    • 寻找已经加载的类
• 分类
  • BootStrap ClassLoader（启动ClassLoader）
  • Extension ClassLoader（扩展ClassLoader）
  • App ClassLoader（应用ClassLoader/系统ClassLoader）
  • Custom ClassLoader（自定义ClassLoader）
  • 每个ClassLoader都有一个Parent作为父亲
• 协同工作

协同工作.png
loadClass.png
类加载例子.png

• 直接运行以上代码：
  • I am in apploader
• 加上参数 -Xbootclasspath/a: D:<path>
  • I am in bootloader
  • 此时AppLoader中不会加载HelloLoader
    • I am in apploader在classpath中却没有加载
    • 说明类加载是从上往下的

强制AppLoader.png

• 问题

类加载问题.png

• 解决
  • Thread.setContextClassLoader()
    • 上下文加载器
    • 是一个角色
    • 用以解决顶层ClassLoader无法访问底层ClassLoader的类的问题
    • 基本思想是，在顶层ClassLoader中，传入底层ClassLoader的实例

类加载例.png

• 双亲模式的破坏
  • 双亲模式是默认的模式，但不是必须这么做
  • Tomcat的WebappClassLoader就会先加载自己的Class，找不到再委托parent
  • OSGI的ClassLoader形成网状结构，根据需要自由加载Class

破坏双亲模式例子1.png
findClass.png
破坏双亲模式例子2.png
AppLoader结果.png

5.热替换

热替换1.png
热替换2.png