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JVM 讲解 （主要类加载其以及流程和机制（双亲委派））

🕗 发布于 2024-04-20 13:26 jvm  

JVM有什么用？

说白了，就是我们编写 Java 代码，编译 Java 代码，目的不是让它在 Linux、Windows 或者 MacOS 上跑，而是在 JVM 上跑。（保证只要有JVM这个东西，就可以跨平台使用Java) 可以把JVM想象成一个小型平台。

 JVM的组织架构

JVM 大致可以划分为三个部门，分别是类加载器（Class Loader）、运行时数据区（Runtime Data Areas）和执行引擎（Excution Engine）

 类加载器

类加载器的作用是将类文件加载到内存中，主要分为加载，连接，实例化三个阶段。如果加载到内存中失败，那么运行时数据区或者执行引擎什么都干不了了。

类加载的过程

第一步 加载

通过类的全限定名（包名 + 类名），获取到该类的.class文件的二进制字节流

将二进制字节流所代表的静态存储结构，转化为方法区运行时的数据结构

在内存中生成一个代表该类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

 总结：加载二进制数据到内存 —> 映射成jvm能识别的结构 —> 在内存中生成class文件。

第二步 连接

连接是让内存中生成好的类对象，合并到JVM中，然后让这个类可以在JVM中可以被正常执行。可分为验证、准备、解析三个阶段。

  • 验证：确保class文件中的字节流信息符合JVM的要求，保证这个被加载的class类的正确性，不会危害到虚拟机的安全。

  • 准备：为类中的静态字段 设置初始值，例如int 类型的初始值就是 0。但是要注意的是final 修饰的遍历不用设置初始值，因为final在编译的时候就分配了。

  • 解析：解析阶段的目的，是将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程（将常量池内的符号引用解析成为实际引用），意思就是将符号的引用提前给他加载了，不用再去符号引用，直接把引用整到本地。如果符号引用指向一个未被加载的类，或者未被加载类的字段或方法，那么解析将触发这个类的加载（但未必触发这个类的链接以及初始化。）

  • 解析动作主要针对类、接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

第三步 initialization初始化

初始化就是执行类的构造器方法init()的过程。 

若该类具有父类，jvm会保证父类的init先执行，然后在执行子类的init

 类加载器的分类

  • 第一个：启动类/引导类：Bootstrap ClassLoader

这个类加载器使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部，java程序无法直接操作这个类。

它用来加载Java核心类库，如：JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar、sun.boot.class.path路径下的包，用于提供jvm运行所需的包。

并不是继承自java.lang.ClassLoader，它没有父类加载器

它加载扩展类加载器和应用程序类加载器，并成为他们的父类加载器。

出于安全考虑，启动类只加载包名为：java、javax、sun开头的类

  • 第二个：扩展类加载器：Extension ClassLoader

Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，我们可以用Java程序操作这个加载器。

派生继承自java.lang.ClassLoader，父类加载器为启动类加载器

从系统属性：java.ext.dirs目录中加载类库，或者从JDK安装目录：jre/lib/ext目录下加载类库。我们就可以将我们自己的包放在以上目录下，就会自动加载进来了。

  • 第三个：应用程序类加载器：Application Classloader

Java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。

派生继承自java.lang.ClassLoader，父类加载器为启动类加载器。

它负责加载环境变量classpath或者系统属性java.class.path指定路径下的类库

它是程序中默认的类加载器，我们Java程序中的类，都是由它加载完成的。

我们可以通过ClassLoader#getSystemClassLoader()获取并操作这个加载器

若以上的类加载器还不能满足需求，我们可以自定义类加载器。

简单来说：

Bootstrap classLoader:主要负责加载核心的类库(java.lang.*等)，构造ExtClassLoader和APPClassLoader。

ExtClassLoader：主要负责加载jre/lib/ext目录下的一些扩展的jar。

AppClassLoader：主要负责加载应用程序的主函数类

自定义加载器实现步骤

继承java.lang.ClassLoader类，重写findClass()方法

如果没有太复杂的需求，可以直接继承URLClassLoader类，重写loadClass方法，具体可参考AppClassLoader和ExtClassLoader。

ClassLoader

这是一个抽象的类，除了启动类加载器，剩下都继承于它。

获取ClassLoader 的几种方式：

// 方式一：获取当前类的 ClassLoader
clazz.getClassLoader()
// 方式二：获取当前线程上下文的 ClassLoader
Thread.currentThread().getContextClassLoader()
// 方式三：获取系统的 ClassLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader()
// 方式四：获取调用者的 ClassLoader
DriverManager.getCallerClassLoader()
类加载机制--双亲委派

这段代码是ClassLoader中的loadClass方法。

    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }
    //              -----??-----
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
            // 首先，检查是否已经被类加载器加载过
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    // 存在父加载器，递归的交由父加载器
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        // 直到最上面的Bootstrap类加载器
                        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.
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }

从上面的代码中可以看到：

当一个Hello.class这样的文件要被加载时。不考虑我们自定义类加载器，首先会在AppClassLoader中检查是否加载过，如果有那就无需再加载了。

如果没有，那么会拿到父加载器，然后调用父加载器的loadClass方法。父类中同理也会先检查自己是否已经加载过，如果没有再往上。注意这个类似递归的过程，直到到达Bootstrap classLoader之前，都是在检查是否加载过，并不会选择自己去加载。

直到BootstrapClassLoader，已经没有父加载器了，这时候开始考虑自己是否能加载了，如果自己无法加载，会下沉到子加载器去加载，一直到最底层，如果没有任何加载器能加载，就会抛出ClassNotFoundException。
                        

 双亲委派的作用

这种设计有个好处是，如果有人想替换系统级别的类：String.java。篡改它的实现，在这种机制下这些系统的类已经被Bootstrap classLoader加载过了（为什么？因为当一个类需要加载的时候，最先去尝试加载的就是BootstrapClassLoader，会一层一层向上传递加载的动作，不会自己加载，知道Bootstrap），已经加载完了，所以其他类加载器并没有机会再去加载，从一定程度上防止了危险代码的植入。

 

 作用以及图片 来源于 https://blog.csdn.net/codeyanbao/article/details/82875064 这位大佬


原文地址：https://blog.csdn.net/m0_73173239/article/details/137978805

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