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Java基础-类加载器和核心机制

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本文链接:https://blog.csdn.net/weixin_42528266/article/details/103031825

类加载机制
  • JVM把class文件加载到内存,并对数据进行校验、解析和初始化,最终形成 JVM可以直接使用的Java类型的过程。
  • 将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程
    • 验证: 确保加载的类信息符合JVM规范,没有安全方面的问题。
    • 准备: 正式为类变量(static变量)分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些内存都将在方法区中进行分配
    • 解析: 虚拟机常量池内的符号引用替换为直接引用的过程
  • 初始化:
    • 初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。类构造器<clinit>()方法是由编译器自动收集 类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块(static块)中的语句合并产生的。
    • 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化、则需要先出发其父类的初始化
    • 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。
类的主动引用(一定会发生类的初始化)
  • new一个类的对象
  • 调用类的静态成员(除了final常量)和静态方法
  • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
  • 当虚拟机启动,java Hello,则一定会初始化Hello类。说白了就是先启动main方法所在的类
  • 当初始化一个类,如果其父类没有被初始化,则先会初始化他的父类
类的被动引用(不会发生类的初始化)
  • 当访问一个静态域时,只有真正声明这个域的类才会被初始化
  • 通过子类引用父类的静态变量,不会导致子类初始化 – 通过数组定义类引用,不会触发此类的初始化
  • 引用常量不会触发此类的初始化(常量在编译阶段就存入调用类的常量池中了)
类加载器的作用

将class文件字节码内容加载到内存中,并将这些静态数据转换成方法 区中的运行时数据结构,在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class 对象,作为方法区类数据的访问入口。

类缓存

标准的Java SE类加载器可以按要求查找类,但一旦某个类被加载到类加载 器中,它将维持加载(缓存)一段时间。不过,JVM垃圾收集器可以回收 这些Class对象。

ClassLoder

作用
  • java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称, 找到或者生成其对应的字节代码,然后从这些字节代码中定义出一个 Java 类,即 java.lang.Class类的一个实例。
  • 除此之外,ClassLoader还负责加载 Java 应用所需的资源,如图像文 件和配置文件等。
  • 相关方法
    • getParent() 返回该类加载器的父类加载器。
    • loadClass(String name) 加载名称为 name的类,返回的结果是 java.lang.Class类的实例。
    • findClass(String name) 查找名称为 name的类,返回的结果是 java.lang.Class类的实例。
    • findLoadedClass(String name) 查找名称为 name的已经被加载过的类,返回的结果是 java.lang.Class类的实例
    • defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 把字节数组 b中的内容转换成 Java 类,返回的结果是 java.lang.Class类的实例.这个方法被声明为 final的。
    • resolveClass(Class<?> c) 链接指定的 Java 类。

对于以上给出的方法,表示类名称的 name参数的值是类的二进制名称。需要注意的是内部类的表示,如com.example.Sample$1com.example.Sample$Inner等表示方式。

类加载器的层次结构
  • 引导类加载器(bootstrap class loader)
    • 它用来加载 Java 的核心库(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar,sun.boot.class.path路径下的 内容),是用原生代码来实现的,并不继承自 java.lang.ClassLoader。
    • 加载扩展类和应用程序类加载器。并指定他们的父类加载器。
  • 扩展类加载器(extensions class loader)
    • 用来加载 Java 的扩展库(JAVA_HOME/jre/ext/*.jar,java.ext.dirs路径下的内容) 。 Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
    • sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现
  • 应用程序类加载器(application class loader)
    • 它根据 Java 应用的类路径(classpath, java.class.path 路径下的内容)来加载 Java 类。 一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的。
    • sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现
  • 自定义类加载器
    • 开发人员可以通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式
    • 实现自己的类加载器,以满足一些特殊的需求。

类加载器的代理模式

代理模式
  • 交给其他加载器来加载指定的类
双亲委托机制
  • 就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委 托给父类加载器,依次追溯,直到最高的爷爷辈的,如果父类加载器 可以完成类加载任务,就成功返回;只有父类加载器无法完成此加载 任务时,才自己去加载。
  • 双亲委托机制是为了保证 Java 核心库的类型安全。
  • 这种机制就保证不会出现用户自己能定义java.lang.Object类的情况。
  • 类加载器除了用于加载类,也是安全的最基本的屏障。
双亲委托机制是代理模式的一种
  • 并不是所有的类加载器都采用双亲委托机制。
  • tomcat服务器类加载器也使用代理模式,所不同的是它是首先尝试去加载某个类,如果找不到再代理给父类加载器。 这与一般类加载器的顺序是相反的
自定义类加载器的流程
  • 1、首先检查请求的类型是否已经被这个类装载器装载到命名空间中了,如果已经装载,直接返回;否则转入步骤2
  • 2、委派类加载请求给父类加载器(更准确的说应该是双亲类加载器,真个虚拟机中各种类加载器最终会呈现树状结构),如果父类加载器能够完成,则返回父类加载器加载的Class实例;否则转入步骤3
  • 3、调用本类加载器的findClass(…)方法,试图获取对应的字节码,如果获取的到,则调用defineClass(…)导入类型到方法区;如果获取不到对应的字节码或者其他原因失败,返回异常给loadClass(…)loadClass(…)转抛异常,终止加载过程(注意:这里的 异常种类不止一种)。

注意:被两个类加载器加载的同一个类,JVM不认为是相同的类。

线程上下文类加载器
  • 双亲委托机制以及默认类加载器的问题
    • 一般情况下, 保证同一个类中所关联的其他类都是由当前类的类加载器所加载的.。 比如,ClassA本身在Ext下找到,那么他里面new出来的一些类也就只能用Ext去查找了(不会低一个级别),所以有些明明App可以找到的,却找不到了。
    • JDBC API,他有实现的driven部分(mysql/sql server),我们的JDBC API都是由Boot或者Ext来载入的,但是 JDBC driver却是由Ext或者App来载入,那么就有可能找不到driver了。在Java领域中,其实只要分成这种Api+SPI( Service Provide Interface,特定厂商提供)的,都会遇到此问题。
    • 常见的 SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等。这些 SPI 的接口由 Java 核心库来提供,如 JAXP 的 SPI 接口定 义包含在 javax.xml.parsers 包中。SPI 的接口是 Java 核心库的一部分,是由引导类加载器来加载的;SPI 实现的 Java 类一般是由系统类加载器来加载的。引导类加载器是无法找到 SPI 的实现类的,因为它只加载 Java 的核心库
  • 通常当你需要动态加载资源的时候 , 你至少有三个 ClassLoader 可以选择 :
    • 1.系统类加载器或叫作应用类加载器 (system classloader or application classloader)
    • 2.当前类加载器
    • 3.当前线程类加载器
  • 当前线程类加载器是为了抛弃双亲委派加载链模式。
    • 每个线程都有一个关联的上下文类加载器。如果你使用new Thread()方式生成新的线程,新线程将继承其父线程的上下文类加载器。如果程序对线程上下文类加载器没有任何改动的话,程序中所有的线程将都使用系统类加载器作为上下文类加载器。
  • Thread.currentThread().getContextClassLoader()
TOMCAT服务器的类加载机制
  • TOMCAT不能使用系统默认的类加载器。
    • 如果TOMCAT跑你的WEB项目使用系统的类加载器那是相当危险的,你可以直接是无忌惮是操作系统的各个目录了。
    • 对于运行在 Java E容器中的 Web 应用来说,类加载器的实现方式与一 般的 Java 应用有所不同。
    • 每个 Web 应用都有一个对应的类加载器实例。该类加载器也使用代理模 式(不同于前面说的双亲委托机制),所不同的是它是首先尝试去加载某个类,如果找不到再代理给父类加载器。这与一般类加载器的顺序是相反的 。但也是为了保证安全,这样核心库就不在查询范围之内。
OSGI原理介绍
  • OSGi™是 Java 上的动态模块系统。它为开发人员提供了面向服务和基于组件的运 行环境,并提供标准的方式用来管理软件的生命周期。
  • OSGi 已经被实现和部署在很多产品上,在开源社区也得到了广泛的支持。Eclipse 就是基于 OSGi 技术来构建的。
  • 原理:
    • OSGi 中的每个模块(bundle)都包含 Java 包和类。模块可以声明它所依赖的需要导入 (import)的其它模块的 Java 包和类(通过 Import-Package),也可以声明导出( export)自己的包和类,供其它模块使用(通过 Export-Package)。也就是说需要能够隐藏和共享一个模块中的某些 Java 包和类。这是通过 OSGi 特有的类加载器机制来实现的。OSGi 中的每个模块都有对应的一个类加载器。它负责加载模块自己包含的 Java 包和类。当它需要加载 Java 核心库的类时(以 java开头的包和类),它会代理给父类加载器(通常是启动类加载器)来完成。当它需要加载所导入的 Java 类时,它会 代理给导出此 Java 类的模块来完成加载。模块也可以显式的声明某些 Java 包和类,必 须由父类加载器来加载。只需要设置系统属性org.osgi.framework.bootdelegation 的值即可。

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