Java基礎-類加載器和核心機制

類加載機制

• JVM把class文件加載到內存，並對數據進行校驗、解析和初始化，最終造成 JVM能夠直接使用的Java類型的過程。
  
• 將Java類的二進制代碼合併到JVM的運行狀態之中的過程
  • 驗證: 確保加載的類信息符合JVM規範，沒有安全方面的問題。
  • 準備: 正式爲類變量(static變量)分配內存並設置類變量初始值的階段，這些內存都將在方法區中進行分配
  • 解析: 虛擬機常量池內的符號引用替換爲直接引用的過程
• 初始化:
  • 初始化階段是執行類構造器<clinit>()方法的過程。類構造器<clinit>()方法是由編譯器自動收集 類中的全部類變量的賦值動做和靜態語句塊(static塊)中的語句合併產生的。
  • 當初始化一個類的時候，若是發現其父類尚未進行過初始化、則須要先出發其父類的初始化
  • 虛擬機會保證一個類的<clinit>()方法在多線程環境中被正確加鎖和同步。

類的主動引用（必定會發生類的初始化）

• new一個類的對象
• 調用類的靜態成員(除了final常量)和靜態方法
• 使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射調用
• 當虛擬機啓動，java Hello，則必定會初始化Hello類。說白了就是先啓動main方法所在的類
• 當初始化一個類，若是其父類沒有被初始化，則先會初始化他的父類

類的被動引用(不會發生類的初始化)

• 當訪問一個靜態域時，只有真正聲明這個域的類纔會被初始化
• 經過子類引用父類的靜態變量，不會致使子類初始化 – 經過數組定義類引用，不會觸發此類的初始化
• 引用常量不會觸發此類的初始化（常量在編譯階段就存入調用類的常量池中了）

類加載器的做用

將class文件字節碼內容加載到內存中，並將這些靜態數據轉換成方法 區中的運行時數據結構，在堆中生成一個表明這個類的java.lang.Class 對象，做爲方法區類數據的訪問入口。

類緩存

標準的Java SE類加載器能夠按要求查找類，但一旦某個類被加載到類加載 器中，它將維持加載（緩存）一段時間。不過，JVM垃圾收集器能夠回收 這些Class對象。

ClassLoder

做用

• java.lang.ClassLoader類的基本職責就是根據一個指定的類的名稱， 找到或者生成其對應的字節代碼，而後從這些字節代碼中定義出一個 Java 類，即 java.lang.Class類的一個實例。
• 除此以外，ClassLoader還負責加載 Java 應用所需的資源，如圖像文 件和配置文件等。
• 相關方法
  • getParent() 返回該類加載器的父類加載器。
  • loadClass(String name) 加載名稱爲 name的類，返回的結果是 java.lang.Class類的實例。
  • findClass(String name) 查找名稱爲 name的類，返回的結果是 java.lang.Class類的實例。
  • findLoadedClass(String name) 查找名稱爲 name的已經被加載過的類，返回的結果是 java.lang.Class類的實例
  • defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 把字節數組 b中的內容轉換成 Java 類，返回的結果是 java.lang.Class類的實例.這個方法被聲明爲 final的。
  • resolveClass(Class<?> c) 連接指定的 Java 類。

對於以上給出的方法，表示類名稱的 name參數的值是類的二進制名稱。須要注意的是內部類的表示，如com.example.Sample$1和com.example.Sample$Inner等表示方式。

類加載器的層次結構

• 引導類加載器（bootstrap class loader）
  • 它用來加載 Java 的核心庫(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar,或sun.boot.class.path路徑下的 內容)，是用原生代碼來實現的，並不繼承自 java.lang.ClassLoader。
  • 加載擴展類和應用程序類加載器。並指定他們的父類加載器。
• 擴展類加載器（extensions class loader）
  • 用來加載 Java 的擴展庫(JAVA_HOME/jre/ext/*.jar，或java.ext.dirs路徑下的內容) 。 Java 虛擬機的實現會提供一個擴展庫目錄。該類加載器在此目錄裏面查找並加載 Java 類。
  • 由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現
• 應用程序類加載器（application class loader）
  • 它根據 Java 應用的類路徑（classpath， java.class.path 路徑下的內容）來加載 Java 類。 通常來講，Java 應用的類都是由它來完成加載的。
  • 由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實現
• 自定義類加載器
  • 開發人員能夠經過繼承 java.lang.ClassLoader類的方式
  • 實現本身的類加載器，以知足一些特殊的需求。

類加載器的代理模式

代理模式

• 交給其餘加載器來加載指定的類

雙親委託機制

• 就是某個特定的類加載器在接到加載類的請求時，首先將加載任務委 託給父類加載器，依次追溯，直到最高的爺爺輩的，若是父類加載器 能夠完成類加載任務，就成功返回；只有父類加載器沒法完成此加載 任務時，才本身去加載。
• 雙親委託機制是爲了保證 Java 核心庫的類型安全。
• 這種機制就保證不會出現用戶本身能定義java.lang.Object類的狀況。
• 類加載器除了用於加載類，也是安全的最基本的屏障。

雙親委託機制是代理模式的一種

• 並非全部的類加載器都採用雙親委託機制。
• tomcat服務器類加載器也使用代理模式，所不一樣的是它是首先嚐試去加載某個類，若是找不到再代理給父類加載器。 這與通常類加載器的順序是相反的

自定義類加載器的流程

• 一、首先檢查請求的類型是否已經被這個類裝載器裝載到命名空間中了，若是已經裝載，直接返回；不然轉入步驟2
• 二、委派類加載請求給父類加載器（更準確的說應該是雙親類加載器，真個虛擬機中各類類加載器最終會呈現樹狀結構），若是父類加載器可以完成，則返回父類加載器加載的Class實例；不然轉入步驟3
• 三、調用本類加載器的findClass（…）方法，試圖獲取對應的字節碼，若是獲取的到，則調用defineClass（…）導入類型到方法區；若是獲取不到對應的字節碼或者其餘緣由失敗，返回異常給loadClass（…）， loadClass（…）轉拋異常，終止加載過程（注意：這裏的 異常種類不止一種）。

注意：被兩個類加載器加載的同一個類，JVM不認爲是相同的類。

線程上下文類加載器

• 雙親委託機制以及默認類加載器的問題

  • 通常狀況下, 保證同一個類中所關聯的其餘類都是由當前類的類加載器所加載的.。 好比，ClassA自己在Ext下找到，那麼他裏面new出來的一些類也就只能用Ext去查找了（不會低一個級別），因此有些明明App能夠找到的，卻找不到了。
  • JDBC API，他有實現的driven部分（mysql/sql server），咱們的JDBC API都是由Boot或者Ext來載入的，可是 JDBC driver倒是由Ext或者App來載入，那麼就有可能找不到driver了。在Java領域中，其實只要分紅這種Api+SPI（ Service Provide Interface，特定廠商提供）的，都會遇到此問題。
  • 常見的 SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等。這些 SPI 的接口由 Java 核心庫來提供，如 JAXP 的 SPI 接口定 義包含在 javax.xml.parsers 包中。SPI 的接口是 Java 核心庫的一部分，是由引導類加載器來加載的;SPI 實現的 Java 類通常是由系統類加載器來加載的。引導類加載器是沒法找到 SPI 的實現類的，由於它只加載 Java 的核心庫

• 一般當你須要動態加載資源的時候 , 你至少有三個 ClassLoader 能夠選擇 :

  • 1.系統類加載器或叫做應用類加載器 (system classloader or application classloader)
  • 2.當前類加載器
  • 3.當前線程類加載器

• 當前線程類加載器是爲了拋棄雙親委派加載鏈模式。

  • 每一個線程都有一個關聯的上下文類加載器。若是你使用new Thread()方式生成新的線程，新線程將繼承其父線程的上下文類加載器。若是程序對線程上下文類加載器沒有任何改動的話，程序中全部的線程將都使用系統類加載器做爲上下文類加載器。

• Thread.currentThread().getContextClassLoader()

TOMCAT服務器的類加載機制

• TOMCAT不能使用系統默認的類加載器。
  • 若是TOMCAT跑你的WEB項目使用系統的類加載器那是至關危險的，你能夠直接是無忌憚是操做系統的各個目錄了。
  • 對於運行在 Java E容器中的 Web 應用來講，類加載器的實現方式與一 般的 Java 應用有所不一樣。
  • 每一個 Web 應用都有一個對應的類加載器實例。該類加載器也使用代理模 式(不一樣於前面說的雙親委託機制)，所不一樣的是它是首先嚐試去加載某個類，若是找不到再代理給父類加載器。這與通常類加載器的順序是相反的 。但也是爲了保證安全，這樣核心庫就不在查詢範圍以內。

OSGI原理介紹

• OSGi™是 Java 上的動態模塊系統。它爲開發人員提供了面向服務和基於組件的運 行環境，並提供標準的方式用來管理軟件的生命週期。
• OSGi 已經被實現和部署在不少產品上，在開源社區也獲得了普遍的支持。Eclipse 就是基於 OSGi 技術來構建的。
• 原理：
  • OSGi 中的每一個模塊（bundle）都包含 Java 包和類。模塊能夠聲明它所依賴的須要導入 （import）的其它模塊的 Java 包和類（經過 Import-Package），也能夠聲明導出（ export）本身的包和類，供其它模塊使用（經過 Export-Package）。也就是說須要可以隱藏和共享一個模塊中的某些 Java 包和類。這是經過 OSGi 特有的類加載器機制來實現的。OSGi 中的每一個模塊都有對應的一個類加載器。它負責加載模塊本身包含的 Java 包和類。當它須要加載 Java 核心庫的類時（以 java開頭的包和類），它會代理給父類加載器（一般是啓動類加載器)來完成。當它須要加載所導入的 Java 類時，它會 代理給導出此 Java 類的模塊來完成加載。模塊也能夠顯式的聲明某些 Java 包和類，必 須由父類加載器來加載。只須要設置系統屬性org.osgi.framework.bootdelegation 的值便可。

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