JVM之类加载子系统
类加载子系统概述
一、图示
二、作用
- 类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件（Class文件在开头有特定标识）。
- l类加载器(Class Loader)只负责class文件的加载，至于是否可以运行，由执行引擎（Execution Engine）决定。
- 加载的类信息存放于一块成为方法区的内存空间。除了类信息之外，方法区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）
三、类加载器扮演的角色
- Car.class存放于本地硬盘中，在运行的时候，JVM将Car.class文件加载到JVM中，被称为DNA元数据模板 存放在JVM的方法区中，之后根据元数据模板实例化出相应的对象。
- 在 .class -> JVM -> 元数据模板 -> 实例对象 这个过程中，类加载器扮演者快递员的角色。
类加载的过程
一、加载过程图示
加载流程图
主要步骤:
装载 -> 链接 - > 初始化
二、 装载过程（加载）
- 通过一个类的全限定明获取定义此类的二进制字节流；
- 将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据；
- 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
三、链接过程
- 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. 主要包括四种验证
- 文件格式验证
- 源数据验证
- 字节码验证
- 符号引用验证。
- 准备(Prepare)
- 为类变量分配内存并且设置初始值。
- 这里不包含用final修饰的sttic，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；
- 不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法去中，而实例变量是会随着对象一起分配到java堆中。
- 解析(Resolve)
- 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
- 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
- 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号应用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
- 解析动作主要针对类或接口、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。
四、 初始化过程
- 初始化阶段就是执行类构造器方法clInit（）的过程。 clInit是ClassInit缩写。
- 此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
- 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行
- clinit()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的init()）
- 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
- 虚拟机必须保证一个类的clinit()方法在多线程下被同步加锁。
类加载器的分类
分类
- 引导类加载器（BootStrap ClassLoader）
- 自定义类加载器（User-Defined ClassLoader） 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三个，如下所示：
自上而下：引导类加载器 扩展类加载器 应用程序类加载器
加载器区别
加载器 | 加载的内容 | 备注 |
|---|---|---|
启动类加载器 | java的核心库 | 处于安全考虑，BootStrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类 |
拓展类加载器 | 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，也会由拓展类加载器自动加载 | |
应用程序类加载器 | 用户自定义类/ 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 | 该类加载器是程序中默认的类加载器 通过ClassLoader /getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器 |
类加载的常用方法
常用方法
ClassLoader类，它是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader（不包括启动类加载器）
方法名称 | 描述 |
|---|---|
getParent（） | 返回该类加载器的超类加载器 |
loadClass（String name） | 加载名称为name的类，返回结果为java.lang.Class类的实例 |
findClass（String name） | 查找名称为name的类，返回结果为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，返回结果为java.lang.Class类的实例 |
defineClass（String name，byte[] b,int off,int len） | 把字节数组b中的内容转换为一个Java类 ，返回结果为java.lang.Class类的实例 |
resolveClass（Class<?> c） | 连接指定的一个java类 |
ClassLoader继承关系
获取ClassLoader的途径
双亲委派机制
介绍
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她的class文件加载到内存生成的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微拍模式。
即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式
工作原理
- 如果一个类加载器收到了类加载的请求，它并不会自己加载，而是先把请求委托给父类的加载器执行
- 如果父类加载器还有父类，则进一步向上委托，依次递归，请求到达最顶层的引导类加载器。
- 如果顶层类的加载器加载成功，则成功返回。如果失败，则子加载器会尝试加载。直到加载成功。
双亲委派机制优势
- 避免类的重复加载
- 保护程序安全，防止核心API被随意篡改
一、沙箱安全机制
1、定义:
自定义String类，但是在加载自定义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过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中的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。 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.
2、类比举例
我们在读写U盘信息时可以用360沙箱，防止U盘内的病毒等对沙箱外的系统构成污染
二、其他
1、在jvm中表示两个class对象是否为同一个类存在的两个必要条件
- 类的完整类名必须一致，包括包名
- 加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同 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有启动类加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型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会议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需要保证两个类型的加载器是相同的。
3、类的主动使用和被动使用
java程序对类的使用方式分为：主动使用和被动使用
- 主动使用，分为七种情况
- 创建类的实例
- 访问某各类或接口的静态变量，或者对静态变量赋值
- 调用类的静态方法
- 反射 比如Class.forName(com.dsh.jvm.xxx)
- 初始化一个类的子类
- java虚拟机启动时被标明为启动类的类
- JDK 7 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。