JVM学习总结：类的加载篇

news2024/11/24 8:52:19

本文是学习尚硅谷宋红康老师主讲的尚硅谷JVM精讲与GC调优教程的总结（文末有链接）

本篇可能被问到的问题：

类的加载过程
类加载器
- 自定义类的加载器、ClassLoader
- 双亲委派机制，破坏此机制的例子

类的加载过程（生命周期）

基本数据类型由虚拟机预先定义，引用数据类型则需要进行类的加载。

一个类只能被同 1 个类的加载器加载 1 次。

类的加载过程是前三个过程，生命周期多了后两个过程。

Loading （装载）阶段

此阶段做的事

查找并加载类的二进制数据，生成 Class 的实例。

加载的类在 JVM 中创建相应的类结构，类结构会存储在方法区（元空间）。

Class 实例存储在堆中。Class 类的构造方法是私有的，只有 JVM 能够创建。

数组类的加载

数组类本身不是由类加载器负责创建，而是由 JVM 在运行时根据需要直接创建的，但数值的元素类型如果是引用类型的话需要依靠类加载器去创建。

Linking （链接）阶段

Verification （验证）

目的是保证加载的字节码是否合法、合理并符合规范的。（不用深究）

Preparation（准备）

为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。

假如有个类有如下静态变量：

private static int id = 1;

则在准备阶段只会把 id初始化为 int类型的默认值 0，在初始化阶段才会将其赋值为 1 。

有个例外是基本数据类型的字段用 static final 修饰的情况，准备阶段会显示赋值，因为 final 在编译的时候就会分配了。例如下面的 ID 会在准备阶段显示赋值为 1：

private static final int ID = 1

Resolution （解析）

将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用，也就是得到类、字段、方法在内存中的指针或者偏移量。

符号引用是和内存没有关系的，是字节码文件中的引用，例如 info#24。

直接引用是真实在内存中的引用。

解析操作往往会伴随着 JVM 在执行完初始化之后再执行。

Initialization （初始化）阶段

此阶段做的事

为类的静态变量赋予正确的初始值（显示初始化）。

例如如下代码中将 id 赋值为 1 ，number 赋值为 2， C 赋值为 1000。

public class A {
    private static int id = 1;
    private static int number;
    private static final Integer C = Integer.valueOf(1000);

    static {
        number = 2;
    }
}

此阶段的重要工作是执行类的初始化方法：() 方法。static final 修饰的常量必须是调用方法赋值（不是常量），才会生成 () 方法。

子类加载前先加载父类。由父及子，静态先行。
clinit的调用可能会调用死锁。

clinit是带锁线程安全的。

jps、jstack {pid} 查看

类的加载时机

Class 的 forName(“Java.lang.String”) 和 Class 的 getClassLoader 的 loadClass(“Java.lang.String”) 有什么区别？

forName(“Java.lang.String”) 会执行装载、链接和初始化，loadClass 只会执行装载。

类的构造函数执行之前会先执行成员变量的显示赋值和构造块。

类的 Using （使用）

开发人员在程序中访问和调用类的静态成员信息（静态字段、静态方法），或者使用 new 关键字为其创建对象实例。

类的 Unloading （卸载）

一般只有自定义类加载器加载的类才会被卸载。

类的加载器

类的加载器分为两类：
- 引导类加载器（Bootstrap ClassLoader），使用 C、C++ 语言编写。
- 自定义类加载器（User-defined Classloader），除了引导类加载器之外的，使用 Java 语言编写，继承抽象类 ClassLoader 类。
图中常见类的加载器各自负责加载哪些类
- Bootstrap ClassLoader：主要用来加载 JDK 内部的核心类库（ %JAVA_HOME%/jre/lib目录下的 rt.jar 、resources.jar 、charsets.jar等 jar 包和类）以及被 -Xbootclasspath参数指定的路径下的所有类。
- Extension ClassLoader：主要负责加载 %JRE_HOME%/jre/lib/ext 目录下的 jar 包和类以及被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径下的所有类。
- Application ClassLoader：负责加载当前应用 classpath 下的所有 jar 包和类。
图中的父类不是继承的关系，是通过组合实现的，成员变量 partent 指向上一级的加载器。

让应用程序打印类加载信息：

X:+TraceClassLoading 或者 -verbose:class

java -XX:+TraceClassLoading Main

java -verbose:class Main

每个 Class 对象都会包含一个定义它的 ClassLoader 的一个引用，不过，数组类不是通过 ClassLoader 创建的，而是通过 JVM 在需要的时候自动创建的，数组类通过getClassLoader()方法获取 ClassLoader 的时候和该数组的元素类型的 ClassLoader 是一致的。

获取 ClassLoader 的途径：

- 获取当前类的 ClassLoader：clazz.getClassLoader()
- 获取当前线程上下文的 ClassLoader：Thread.currentThread().getContextClassLoader()
- 获取系统的 ClassLoader：ClassLoader.getSystemClassLoader()
- 获取当前 ClassLoader 的上层 ClassLoader：classLoader.getParent()

ClassLoader源码剖析

java.lang.ClassLoader
- 方法 java.lang.ClassLoader#loadClass(java.lang.String, boolean)

体现了双亲委派机制

- 方法 java.lang.ClassLoader#findClass

根据类的二进制名称来查找类

- java.lang.ClassLoader#defineClass(java.lang.String, byte[], int, int)

将字节数组转换成 Class 实例，自定义类加载器时一般会调用这个方法

- java.lang.ClassLoader#preDefineClass

会对 java 开头的类进行保护，确保 JDK 核心 API 都是有 Bootstap ClassLoader 加载

sun.misc.Launcher.AppClassLoader

应用程序类加载器，sun.misc.Launcher 的静态内部类

sun.misc.Launcher.ExtClassLoader

扩展类加载器，sun.misc.Launcher 的静态内部类

自定义类的加载器

实现方式

继承 ClassLoader 类
继承后有两种做法
- 方式一：重写 loadClass() 方法（打破双亲委派机制）
- 方式二：重写 findClass() 方法（遵循双亲委派机制，推荐）

JDK 9 中类加载结构的新变化

参考

尚硅谷JVM精讲与GC调优教程（宋红康主讲，含jvm面试真题）
JavaGuide 公众号：携程一面：什么是双亲委派模型
Tomcat官方文档

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