一、内存结构概述

1.1 简版

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1.2 详细

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二、类加载子系统概述

2.1 作用

  1. 负责从文件系统或者网络中加载class文件,class文件在头部有特定的文件标识。
  2. 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。
  3. 加载的类信息存放于一块成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亮(这部分常亮信息是Class文件中常量池部分的内存映射)。

2.2 角色

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三、类的加载过程

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3.1 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。
      

3.2 链接

验证(Verify)
  1. 目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,保证被加载类的正确性不会危害虚拟机自身安全。
  2. 主要包括四中验证:文件格式、元数据、字节码、符号引用
准备(Prepare)
  1. 为类变量分配内存并设置该类变量的默认初始值,即零值。
  2. 这里不包含用finnaal修饰的static,因为final在编译的时候就会分配了,准备阶段会显式初始化。
  3. 不会为实例变量分配初始化,类变量会分配在方法区中年,而实例变量是会随对象一起分配到java堆中。
解析(Resolve)
  1. 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
  2. 事实上,解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。
  3. 在Java中,一个java类将会编译成一个class文件。在编译时,java类并不知道所引用的类的实际地址,因此只能使用符号引用来代替。直接引用和虚拟机的布局是相关的,不同的虚拟机对于相同的符号引用所翻译出来的直接引用一般是不同的。如果有了直接引用,那么直接引用的目标一定被加载到了内存中。
      

3.3 初始化

  1. 初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程。
  2. 此方法不需定义,是javac编译器自动收集类中的所有类(静态)变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
  3. <clinit>()不同于类的构造器,构造器是虚拟机视角下的<init>()。
  4. 若该类具有父类,JVM会保证子类的<clinit>()执行前,父类的<clinit>()已经执行完毕。
  5. 虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁。
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四、类加载器分类

4.1 概述

  1. JVM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)。
  2. JVM的自定义类加载器指的是,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。
  3. 常见的类加载器有3个。
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public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("系统类加载器");
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);

        System.out.println("获取系统类加载器上层:扩展类加载器");
        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);

        System.out.println("获取扩展类加载器上层:获取不到引导类加载器");
        ClassLoader bootstrapClassLoader  = extClassLoader.getParent();
	//如果类加载器是null,说明是启动类加载器。
        System.out.println(bootstrapClassLoader);

        System.out.println("对于用户自定义类来说:默认使用系统类加载器");
        ClassLoader userClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(userClassLoader);

	//引导类加载器只用来加载Java核心类库
        System.out.println("String类:使用引导类加载器进行加载");
        ClassLoader stringClassLoader = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(stringClassLoader);
    }
}

4.2 启动类加载器

又名引导类加载器(Bootstrap ClassLoader)

  1. 这个类使用c/c++语言实现,嵌套在JVM内部
  2. 用来加载Java核心库(JAVA_HOME/jra/lib/rt.jar、resources.jar、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java.lang.ClassLoader,没有父类加载器。
  4. 加载扩展类和应用程序加载器,并指定为他们的父类加载器。
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("启动类加载器");
        //获取BootstrapClassLoader能够加载的api路径
        URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        System.out.println(Arrays.toString(urls));
        //从上述路径中选择一个类,查看类加载器是什么
        //(jre/lib/rt.jar/java/lang/Appendable.class)
        ClassLoader loader = Appendable.class.getClassLoader();
        System.out.println(loader);
    }

4.3 扩展类加载器

  1. Java语言编写,由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
  2. 派生于ClassLoader类。
  3. 父类加载器为启动类加载器。
  4. 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录或从JAVA_HOME/jre/lib/ext子目录下加在类库。
  5. 如果系统创建的jar放在上述目录,也会由扩展类加载器加载。
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("拓展类加载器");
        // jre/lib/ext/sunec.jar/sun/security/ec/CurveDB.class
        ClassLoader classLoader = CurveDB.class.getClassLoader();
        // 输出 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@300ffa5d
        System.out.println(classLoader);
    }

4.3 应用程序加载类

  1. Java编写,由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现
  2. 派生于ClassLoader类。
  3. 父类加载器为启动类加载器。
  4. 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. 是程序中默认的类加载器,一般Java应用的类都是由它来完成加载。
  6. 通过ClassLoader.getSystemClassLoader()获取

4.4 用户自定义类加载器

在Java的程序开发中,类的加载几乎是由上述3种加载器相互配合执行的。在必要时也可以自定义类的加载器,来定制类的加载方式。

理由
  1. 隔离加载类
  2. 修改类加载的方式
  3. 扩展加载源
  4. 防止源码泄漏
步骤
  1. 继承java.lang.ClassLoader类。
  2. JDK1.2之后不用覆盖loadClass()方法,而是写在findClass()方法。
  3. 如果没有过于复杂的需求,可以直接继承URLClassLoader类,这样就可以避免重写findClass()方法及其获取字节码流的方式。
public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try{
            byte[] result = getClassFromCustomPath(name);
            if(result == null){
                throw new FileNotFoundException();
            }else{
                return defineClass(name, result, 0, result.length);
            }
        }catch (FileNotFoundException e){
            e.printStackTrace();
        }
        return super.findClass(name);
    }

    private byte[] getClassFromCustomPath(String name){
        //从自定义路径中加载类
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();
        try{
            Class<?> clazz = Class.forName("One",true,customClassLoader);
            Object object = clazz.newInstance();
            System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

4.5 ClassLoader

是一个抽象类,除了启动类加载器,其后所有的类加载器都继承它。
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获取ClassLoader的方式
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    public static void main(String[] args) {
        try {
            //1.
            ClassLoader classLoader = Class.forName("java.lang.String").getClassLoader();
            System.out.println(classLoader);
            //2.
            ClassLoader contextClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            System.out.println(contextClassLoader);
            //3.
            ClassLoader classLoader3 = ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
            System.out.println(classLoader3);

        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

五、双亲委派机制

5.1 概念

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式,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。
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。

5.2 工作原理

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5.3 优势

  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。

六、沙箱机制

自定义java.lang.String类,但是在加载自定义String类时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。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。

七、其他

equal

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类的两个必要条件:

  1. 类的完整类名必须一致
  2. 加载这个类的classLoader必须相同

对类加载器的引用

JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载的还是由用户类加载器加载的。
如果是用户类加载器加载的,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。

主动使用与被动使用

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Q.E.D.

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