“ 当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时,大家有没有想过是怎样加载的,本文将带着大家一起探讨JVM类的加载机制”
01
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类加载运行全过程
请看下方代码:
package com.bethmeta.jvm;
public class Math {
public static final int initData = 666;
public static User user = new User();
public int compute() { //一个方法对应一块栈帧内存区域
int a = 1;
int b = 2;
int c = (a + b) * 10;
return c;
}
public static void main(String[] args) {
Math math = new Math();
math.compute();
}
}
通过Java命令执行代码的大体流程如下:
其中loadClass的类加载过程有如下几步:
加载>>验证>>准备>>解析>>初始化>>使用>>卸载
注意:主类在运行过程中如果使用到其他类,会逐步加载这些类。
jar包和war包的类不是一次性全部加载的,是使用时才加载的,不然我们引入那么多第三方包,如果一次性加载完毕,这个工作量势必很大。
02
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类加载器源码解析
上文中类加载过程主要是通过类加载器实现的,在java中主要有四种类加载器
类加载器初始化过程:
参考类运行加载全过程图可知,首先会创建JVM启动器实例:sun.misc.Launcher.
sun.misc.launcher初始化使用了单例模式设计,保证JVM虚拟机内只有一个sun.misc.Launcher实例。
在Launcher构造方法内部,其创建了两个类加载器,分别是sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)和sun.misc.Launcher.AppClassLoader(应用类加载器).
JVM默认使用Launcher的getClassLoader()方法返回类加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序.
其源码如下:
public Launcher() {
Launcher.ExtClassLoader var1;
try {
//构造扩展类加载器,在构造的过程中将父加载器设置为null
var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
} catch (IOException var10) {
throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
}
try {
//构造应用类加载器,在构造过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader,
//Launcher的loader属性值是AppClassLoader,我们一般都是用这个类加载器来加载偶们自己写的应用程序
this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
} catch (IOException var9) {
throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
}
Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
String var2 = System.getProperty("java.security.manager");
//省略其他代码
}
注意:AppClassLoader父加载器是ExtClassLoader,但是其继承的类却是URLClassLoader,ExtClassLoader也是同样道理
下面我们看一个类加载器示例:
package com.bethmeta.jvm;
public class TestJDKClassLoader {
public static void main(String[] args) {
// 核心类库
System.out.println(String.class.getClassLoader());
//额外类库
System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());
//自己写的类
System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
上述代码打印结果如下:
会很明显的看到核心类库加载为null,这是因为引导类加载器是c++实现的,JAVA无法获取到他相关信息。
接下来我们看一下这三个加载器都加载了哪些类。执行下方代码:
bootstrapLoader加载以下文件:
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_291/jre/classes
extClassloader加载以下文件:
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext
appClassLoader加载以下文件:
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_291\jre\lib\rt.jar;D:\java\demo1\target\classes;D:\tools\IntelliJ IDEA 2021.1.3\lib\idea_rt.jar
如果有仔细看过会发现:AppClassLoader在打印的时候,也同样打印了引导类加载器加载的类,难道说同一个类,会被不同的类加载多次吗?当然,答案肯定是不会的,同一个类只会被加载一次,appClassLoader只是找到了这些类,但是并没有执行加载操作,加载过程还是由引导类加载器完成的。关于这一点,就要不得不提双亲委派机制了。
03
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双亲委派机制
JVM类加载器的亲子层级结构如下:
这里的类加载其实就是有一个双亲委派机制。加载某个类的时候,首先会委托父加载器寻找目标类,找不到再委托上层父加载器加载,如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类,则在自己的类加载路径下查找并载入目标类。
比如我们开头下的math类,最先会找到应用程序类加载器加载。应用程序类加载器会委托扩展类加载器加载,扩展类加载器再委托引导类加载器,顶层引导类加载器在自己的类加载路径找了半天没有找到math类,再向下退回加载math类的请求,扩展类加载器收到回复就自己加载,如果它也找不到,则回退给应用程序加载器,应用程序加载器在自己的类加载路径找到math类,就自己加载了。
双亲委派机制说简单点就是,先找父亲加载,不行再由儿子自己加载
我们来看下应用程序类加载器AppClassLoader加载器的双亲委派机制源码。AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的LoadClass方法。该方法的大体逻辑如下:
双亲委派实现如下:
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
//首先检查一下该类是否已经加载过了
Class<?> c = findLoadedClass(name);
//如果没有加载过
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
//判断是否有父加载器,有的话调用父加载器d额loadclass方法
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//没有则直接则委托引导类加载器加载该类
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.
long t1 = System.nanoTime();
// 都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径查找并加载该类
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {//不会执行
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
为什么要设计双亲委派机制?
全盘负责委托机制:
全盘负责委托是指,当一个类加载器装载一个类时,除非显式的指定另一个类加载器,否则该类所有的依赖和引用类都由该类加载器加载。