ClassLoader的工作机制

本文中主要介绍类加载器的工作机制

一:首先什么是类加载器?

  类加载器就是用来加载java类到java虚拟机中。java源程序经过编译之后形成字节码文件,类加载器将字节码文件加载到内存中,并转换成java.lang.Class的一个实例对象。

  JVM是基于栈操作的:所有的操作都要经过进栈和出栈操作。基于栈操作的优点:将运行时的优化工作和执行编译时优化的执行引擎相结合,从而起到优化Java字节码的目的。

二: 类加载器的作用:

  1. 将编译后的class字节码文件加载到JVM中。会在加载的过程进行审查每个类有哪个类加载器加载?加载哪个类?  实际上是存在一种父级优先的等级结构
  2. 将字节码文件重新解析成JVM统一要求的对象格式。

三:类加载器的分类

  •   BootStrap ClassLoader:加载的过程是由JVM自身决定的,具体如何加载,加载哪个类都是有JVM自身控制的,实际上他并不符合JVM规范,不存在等级结构,没有父加载  器,也没有子加载器。他仅仅是作为一个加载工具存在
  •      ExtClassLoader:虽然他本身是JVM的一部分,但是加载并不是有JVM自身加载,他服务的特定目标是在System.getProperties("java.ext.dirs")目录下
  •      APPClassLoader :是ExtClassLoader类加载器的子类,主要加载位于classpath目录下的类 System.getProperties("java.class.path")

四:JVM加载字节码文件的两种方式

  1. 隐式加载:不调用类加载器,将需要的类自动加载到内存中 例如:当前类需要外部类的引用时,就会触发隐式加载
  2. 显式加载:调用 this.getClass(),this.getClassLoader(),Class.forName(class)等方式完成的加载就是显式加载

两种加载方式可以混合使用,显式加载自定义的类,如果该类中有其他类的引用,就会触发隐式加载。

 五:类加载常见的错误分析

  • ClassNotFoundException:显式加载字节码文件时,找不到对应的字节码文件异常,发生这种问题的原因是在对应的classpath下可能没有对应的字节码文件,导致异常的发生;解决方案:到对应的classpath下面检查是否有对应的字节码文件,通过this.getClass().getClassLoader().getResources().toString();获得path的路径
  • NotClassDefFoundError:类不存在异常 产生的原因是:new关键字,引用类,继承接口或者类,方法参数用有引用,这些都会导致此种异常的发生。在隐式加载这些类时可能出现类不存在的异常。
  • ClassCastException:强制类型转换时出现这个错误   

  在JVM进行类型转换时会进行自动检查  

  1.   普通对象:必须是目标类的实例对象或者子类对象;如果是接口,对象是该接口的子类对象
  2.       数组对象:目标类必须是数组类型或者java.lang包下的Object ,Clonable,java.io包下的Serializable

  解决类型转换异常的方法:显式指明对象类型;通过instanceof判断是否是目标对象类型,然后在进行类型转换。

六:JVM的体系结构以及工作方式

  • JVM是通过模拟真实计算机,从而达到一个真实计算机所具有的计算功能的体系结构。以计算机为中心的真实计算机的体系结构
    •   指令集:计算机能够识别的机器语言的所有命令集合
    •        计算单元:能够识别并且控制指令执行的功能模块
    •        寄存器:中央处理器的核心组件,用来暂存,指令,地址和数据
    •        存储单元:能够存储计算机操作数和操作结构的单元,例如:内存和磁盘
    •        寻址方式:地址的范围,最小地址和最大地址范围以及地址的运行规则
  •   JVM的体系结构:
    •    执行引擎:相当于CPU,控制指令执行。解析字节码文件,得到解析结果。
    •         pc寄存器:每个线程启动的时候都会创建一个pc寄存器。寄存器中保存的是当前执行的JVM指令的地址。保存下一条将要执行的指令地址的寄存器是:pc寄存器。他总是保存着下一条将要执行的指令地址。地址可以是一个本地指针,也可以是方法中相对于方法起始指令的地址。
    •         本地方法栈:保存native方法的区域
    •         堆:保存的是创建的对象实例。所有的类对象都是通过new创建,创建对象后会在栈中创建该对象的引用。
    •         方法区:又叫做静态区:保存的是方法数据,类,静态变量,静态方法,常量和成员方法
    •         运行时常量池:存放的是类和接口的常量,除此之外,还有成员方法和成员变量的引用。JVM运行时就是通过这些引用来找到实际的地址

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