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2024年08月25日

Jvm知识总结-类加载子系统（java中的类加载机制）

一、jvm整体结构

拟机的整体结构就长这个样子，当然，每一部分都非常重要。任何一部分的确实虚拟机都不完整将无法完成工作，但是它们之前存在着重要性的区分。接下来用尽可能精简的语言回忆下这些知识。

二、类加载子系统

1. 作用

  • 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
  • ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。
  • 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）

简单地来说，类加载子系统扮演的角色就是将.class文件装载进jvm，将类的信息整理归纳至方法区中，以便日后可以方便地创建类的多个实例。

2. 类加载过程

3. 加载：

  1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
  2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
  3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

4. 加载class文件的方式/

  1. 从本地系统中直接加载
  2. 通过网络获取，典型场景：Web Applet
  3. 从zip压缩包中读取，成为日后jar、war格式的基础
  4. 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
  5. 由其他文件生成，典型场景：JSP应用从专有数据库中提取.class文件，比较少见
  6. 从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施

5. 链接：

链接分为三个子阶段：验证 -> 准备 -> 解析

不对此过程展开详细地讲述，仅仅记忆其中最为重要的部分内容，链接阶段的准备阶段最重要，以下内容请牢记：

在链接时候的准备阶段，此时类变量会被分配内存并且设置该类的默认初始值，即零值，final类型在编译时期就值已经被分配，实例变量不会在此分配。

6. 初始化：

IDEA 中安装 JClassLib Bytecode viewer 插件，可以很方便的看字节码。安装过程可以自行百度。

7. 类的初始化时机：

  1. 创建类的实例
  2. 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
  3. 调用类的静态方法
  4. 反射（比如：Class.forName(“com.cmdc.Test”)）
  5. 初始化一个类的子类
  6. Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
  7. JDK7开始提供的动态语言支持：java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF_getStatic、REF putStatic、REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化

除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化，即不会执行初始化阶段（不会调用 clinit() 方法和 init() 方法）

8. 类加载过程有两个非常重要的问题需要思考：

  • 类什么时候被加载？
  • 类什么时候被初始化？类加载和类初始化又是什么样的关系？

三、类加载分类

JVM严格来讲支持两种类型的类加载器 。分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个，如下所示

1. 启动类加载器

<aside> 启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

</aside>

  1. 这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部
  2. 它用来加载Java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类
  3. 并不继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器
  4. 加载扩展类和应用程序类加载器，并作为他们的父类加载器
  5. 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类

2. 扩展类加载器：

<aside> 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

</aside>

  1. Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现
  2. 派生于ClassLoader类
  3. 父类加载器为启动类加载器
  4. 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载

3. 系统类加载器：

<aside> 应用程序类加载器（也称为系统类加载器，AppClassLoader）

</aside>

  1. Java语言编写，由sun.misc.LaunchersAppClassLoader实现
  2. 派生于ClassLoader类
  3. 父类加载器为扩展类加载器
  4. 它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库
  5. 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载
  6. 通过classLoader.getSystemclassLoader()方法可以获取到该类加载器

四、双亲委派机制

1. 双亲委派机制原理：

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式

  1. 如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行；
  2. 如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器；
  3. 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。
  4. 父类加载器一层一层往下分配任务，如果子类加载器能加载，则加载此类，如果将加载任务分配至系统类加载器也无法加载此类，则抛出异常

2. 双亲委派机制演示

大家觉得能行吗？

绝对不行，并且这是非常愚蠢的行为。平常一定要注意，千万不要犯类似的错误。

https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/c9253e46cd4142d795abab125f746cba~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.awebp

由于双亲委派机制一直找父类，所以最后找到了Bootstrap ClassLoader，Bootstrap ClassLoader找到的是 JDK 自带的 String 类，在那个String类中并没有 main() 方法，所以就报了上面的错误。

3. 双亲委派机制的优势

通过上面的例子，我们可以知道，双亲机制可以

  1. 避免类的重复加载
  2. 保护程序安全，防止核心API被随意篡改 自定义类：自定义java.lang.String 没有被加载。 自定义类：java.lang.ShkStart（报错：阻止创建 java.lang开头的类）

4. 沙箱安全机制

  1. 自定义String类时：在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中java.lang.String.class），报错信息说没有main方法，就是因为加载的是rt.jar包中的String类。
  2. 这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

五、其他

1. 如何判断两个class对象是否相

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件：

  1. 类的完整类名必须一致，包括包名
  2. 加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同
  3. 换句话说，在JVM中，即使这两个类对象（class对象）来源同一个Class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的

2. 对类加载器的引用

JVM必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的（后面讲）

六、总结

当你在访问某个类或试图创建类的实例时，类的加载将悄然启动并在你这些动作之前完成。 创建Children类、Father类，子类继承父类如下:

package com.cmdc.all;

import lombok.Data;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * @author : wuwensheng
 * @date : 17:28 2021/12/8
 */
@Data
@Slf4j
public class Father {

    public static final String SSS = "sss";
    public static  String aaa = "aaa";

    static {
        log.info("正在访问父类的静态代码块。。");
    }

    public Father() {
        log.info("父类的构造方法执行");
    }
}
复制代码

package com.cmdc.all;

import lombok.Data;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * @author : wuwensheng
 * @date : 17:29 2021/12/8
 */
@Data
@Slf4j
public class Children extends Father{
    public static String staticValue;

    static {
      log.info("子类的静态代码块");
    }

    public static String bed() {
        log.info("正在访问子类的静态方法");
        return "success";
    }

    public Children() {
        log.info("子类的构造方法执行.....");
    }
}
复制代码

创建测试类:

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@Slf4j
public class TestController {
    @RequestMapping("/newInstance")
    public String newInstance() {
        log.info("访问父类的静态类变量:{}", Father.aaa);

        log.info("访问父类的静态final类变量:{}", Father.SSS);

        return "";
    }

    @RequestMapping("/newChildrenInstance")
    public String childrenInstance() {

        Children children = new Children();
        return "";
    }
}
复制代码

run->edit configurations增加启动参数：-XX:+TraceClassLoading

启动springboot项目： 访问/newInstance这个url：

重启下项目，在访问下/newChildrenInstance:

标签：java:程序包sun.misc不存在 

作者:sishi88 , 分类:技术教程 , 浏览:11 , 评论:0

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