深刻java虛擬機學習 -- 類的加載機制

當看到「類的加載機制」，確定不少人都在想我平時也不接觸啊，工做中無非就是寫代碼，不會了能夠百度，至於類，jvm是怎麼加載的我一點也不須要關心。在我剛開始工做的時候也以爲這些底層的內容距離我還很遙遠，根本不用關係，但是隨着作開發的時間愈來愈長，慢慢的已經意識到虛擬機相關要領的重要性。一直想寫篇和虛擬機相關的文章，無奈以前因爲各類緣由一直沒寫，年初工做還不是很忙，抽時間來慢慢完善jvm的內容。

好了，不說廢話了，你們一塊兒來看下代碼吧，都來猜猜下面的兩份代碼的執行結果是什麼？

 1 class Singleton  2 {  3     private static Singleton singleton = new Singleton();  4     public static int counter1;  5     public static int counter2=0;  6 
 7     private Singleton(){  8         counter1++;  9         counter2++; 10  } 11 
12     public static Singleton getInstance(){ 13         return singleton; 14  } 15 } 16 
17 public class Demo 18 { 19    public static void main(String[] args){ 20        Singleton singleton=Singleton.getInstance(); 21        System.out.println("counter1:"+singleton.counter1); 22        System.out.println("counter2:"+singleton.counter2); 23  } 24 }

 1 class Singleton  2 {  3     public static int counter1;  4     public static int counter2=0;  5     private static Singleton singleton = new Singleton();  6 
 7     private Singleton(){  8         counter1++;  9         counter2++; 10  } 11 
12     public static Singleton getInstance(){ 13         return singleton; 14  } 15 } 16 
17 public class Demo 18 { 19    public static void main(String[] args){ 20        Singleton singleton=Singleton.getInstance(); 21        System.out.println("counter1:"+singleton.counter1); 22        System.out.println("counter2:"+singleton.counter2); 23  } 24 }

看到這樣的結果，不知道你有沒有意外呢？看完個人這幾篇文章後聰明的你一看就明白是怎麼回事了。

java虛擬機與程序的生命週期

　　- 執行了System.exit()方法

　　- 程序正常執行結束

　　- 程序在執行過程當中遇到了異常或錯誤而終止

　　- 因爲操做系統出現錯誤致使java虛擬機進程終止

在如上幾種狀況下，java虛擬機將結束本身的生命週期

類的生命週期

類從被加載到虛擬機內存中開始，到卸載出內存爲止，它的整個生命週期包括：加載（Loading）、驗證（Verification）、準備(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸載(Unloading)7個階段。其中準備、驗證、解析3個部分統稱爲鏈接（Linking）。如圖所示。

加載、驗證、準備、初始化和卸載這5個階段的順序是肯定的，類的加載過程必須按照這種順序循序漸進地開始，而解析階段則不必定：它在某些狀況下能夠在初始化階段以後再開始，這是爲了支持Java語言的運行時綁定（也稱爲動態綁定或晚期綁定）。

加載

查找並加載類的二進制數據，加載是類加載過程當中的第一個階段，在加載階段，虛擬機須要完成如下三件事情：

• 類的加載指的是將類的.class文件中的二進制數據讀取到內存中
• 將其放在運行時數據區的方法區內，
• 而後在堆區建立一個java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區內的數據結構

 

類加載的最終產品書位於堆區中的Class對象

Class對象封裝了類在方法區內的數據結構，並像java程序員提供了訪問方法去內的數據結構的接口。

Java程序對類的使用方式能夠分爲兩種：

-主動使用（六種）

1，建立類的實例

2，訪問某個類或接口的靜態變量，或者對該靜態變量賦值

3，調用類的靜態方法

4，反射（Class.forName（「com.jack.test」））

5，初始化一個類的子類

6，Java虛擬機啓動時被標明爲啓動類的類

-被動使用（除以上6種狀況外，其餘狀況均爲被動使用）

類加載器並不須要等到某個類被「首次主動使用」時再加載它，JVM規範容許類加載器在預料某個類將要被使用時就預先加載它，若是在預先加載的過程當中遇到了.class文件缺失或存在錯誤，類加載器必須在程序首次主動使用該類時才報告錯誤（LinkageError錯誤），若是這個類一直沒有被程序主動使用，那麼類加載器就不會報告錯誤。

加載.class文件的方式：

• 從本地系統中直接加載
• 經過網絡下載.class文件
• 從zip，jar等歸檔文件中加載.class文件
• 從專有數據庫中提取.class文件
• 將Java源文件動態編譯爲.class文件

類加載器

不一樣的類加載器負責的組件不一樣，可分爲2種類型

• 自定義類加載器（java.lang.classLoader的自來）
• java虛擬機自帶類加載器

java虛擬機自帶類加載器按類型又可分爲三種類型：

• 啓動類加載器：Bootstrap ClassLoader    C/C++實現的  負責加載存放在JDK\jre\lib(JDK表明JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數指定的路徑中的，而且能被虛擬機識別的類庫（如rt.jar，全部的java.開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載）。啓動類加載器是沒法被Java程序直接引用的。

• 擴展類加載器：Extension ClassLoader    使用java代碼實現 該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現，它負責加載JDK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統變量指定的路徑中的全部類庫（如javax.開頭的類），開發者能夠直接使用擴展類加載器。

• 應用程序類加載器：Application ClassLoader    使用java代碼實現 該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實現，它負責加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發者能夠直接使用該類加載器，若是應用程序中沒有自定義過本身的類加載器，通常狀況下這個就是程序中默認的類加載器。

雙親委派模型

雙親委派模型的工做流程是：若是一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會本身去嘗試加載這個類，而是把請求委託給父加載器去完成，依次向上，所以，全部的類加載請求最終都應該被傳遞到頂層的啓動類加載器中，只有當父加載器在它的搜索範圍中沒有找到所需的類時，即沒法完成該加載，子加載器纔會嘗試本身去加載該類。

雙親委派機制:

1. 當AppClassLoader加載一個class時，它首先不會本身去嘗試加載這個類，而是把類加載請求委派給父類加載器ExtClassLoader去完成。
2. 當ExtClassLoader加載一個class時，它首先也不會本身去嘗試加載這個類，而是把類加載請求委派給BootStrapClassLoader去完成。
3. 若是BootStrapClassLoader加載失敗（例如在$JAVA_HOME/jre/lib裏未查找到該class），會使用ExtClassLoader來嘗試加載；
4. 若ExtClassLoader也加載失敗，則會使用AppClassLoader來加載，若是AppClassLoader也加載失敗，則會報出異常ClassNotFoundException。

雙親委派模型意義：

• 系統類防止內存中出現多份一樣的字節碼
• 保證Java程序安全穩定運行

層次關係以下圖：

 

驗證

類被加載後，就進入鏈接階段。鏈接就是將已經讀取到內存的類的二進制數據合併到虛擬機的運行時環境中去

準備

在準備階段，Java虛擬機爲類的靜態變量分配內存，並設置默認的初始值，這些內存都將在方法區中分配。

對於該階段有如下幾點須要注意：

• 這時候進行內存分配的僅包括類變量（static），而不包括實例變量，實例變量會在對象實例化時隨着對象一塊分配在Java堆中。
• 這裏所設置的初始值一般狀況下是數據類型默認的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值。

例如對一下Sample類，在準備階段，將爲int類型的靜態變量a分配4個字節的內存控件，並賦予默認值0，爲long類型的靜態變量b分配8個字節的內存控件，並賦予默認值0；

public class Sample{ private static int a=1; private static int b; static{ b=2； } }

解析

在解析階段，Java虛擬機會把類的二進制數據中的符號引用替換爲直接引用。例如在Worker類的gotoWork()方法中會引用Car類的run()方法。

public void gotoWork(){ car.run(); //這段代碼在Worker類的二進制數據中表示爲符號引用
}

在Worker類的二進制數據中，包含了一個對Car類的run()方法的符號引用，它由run()方法的全名和相關描述符組成。在解析階段，Java虛擬機會把這個符號引用替換爲一個指針，該指針指向Car類的run()方法區內的內存位置，這個指針就是直接引用。

初始化

類初始化階段是類加載過程的最後一步，到了初始化階段，才真正開始執行類中定義的java程序代碼。在初始化階段，Java虛擬機執行類的初始化語句，爲類的靜態變量 賦予正確的初始值。在程序中，靜態變量的初始化有兩種途徑：

• 在靜態變量的聲明處進行初始化
• 在靜態代碼庫中進行初始化

在以下代碼中，靜態變量a和b都被顯示初始化，而靜態變量c沒有被顯示初始化，它將保持默認值0；

public class Sample{ private static int a=1; private static int b; private static int c; static{ b=2； } }

JVM初始化步驟：

1. 假如這個類尚未被加載和鏈接，則程序先加載並鏈接該類
2. 假如該類的直接父類尚未被初始化，則先初始化其直接父類
3. 假如類中有初始化語句，則系統依次執行這些初始化語句