深入剖析Classloader(一)--类的主动使用与被动使用

妖狐艹你老母 2022-02-15 23:45 181阅读 0赞

我们知道java运行的是这样的，首先java编译器将我们的源代码编译成为字节码，然后由JVM将字节码load到内存中，接着我们的程序就可以创建对象了，我们知道JVM将字节码load到内存之后将将建立内存模型（JVM的内存模型我们将在稍后阐述），那JVM是怎么将类load到内存中的呢？对了，是通过Classloader，今天我们就来深入探讨一下Classloader。

首先我们来看一段诡异的代码（一段单实例测试代码）。

/**
     * @Description:单例初始化探究
     */
    
    class Singleton {
    
        private static Singleton singleton = new Singleton();
    
        private static int counter1;
    
        private static int counter2 = 0;
      
        public Singleton() {
    
            counter1++;
    
            counter2++;
    
        }
    
        public  int getCounter1() {
    
            return counter1;
    
        }
    
        public  int getCounter2() {
    
            return counter2;
    
        }
    
        /**
         * @Description:实例化
         */
    
        public static Singleton getInstance() {
    
            return singleton;
    
        }
    
    }
    
    /**
     * @Description: 测试启动类
     */
    
    public class ClassLoaderTest {
    
        /**
         * @Description:启动类
         */
    
        @SuppressWarnings("static-access")
    
        public static void main(String[] args) {
    
            Singleton singleton = Singleton.getInstance();
    
            System.out.println("counter1:" + singleton.getCounter1());
    
            System.out.println("counter2:" + singleton.getCounter2());
    
        }
    
    }

我们先猜测一下运行结果

然后我们再来调换一下单实例生成的顺序，将

private static Singleton singleton = new Singleton();
    
        private static int counter1;
    
        private static int counter2 = 0;

修改为

private static int counter1;
    
        private static int counter2 = 0;
    
        private static Singleton singleton = new Singleton();

再猜测一下结果，然后运行一下，看和你的猜测一致不？（是不是感觉很诡异）

好吧，我们先不看这段程序，先介绍相关的内容，等介绍完了你就明白这段诡异的代码为什么这么执行了！

我们知道我们运行刚才这段java程序是通过执行ClassLoaderTest的main函数引导起来的，而当我们执行完2个打印语句之后，JVM就停止了运行。这就是我们程序的生命周期。

在以下几种情况下JVM将结束自己的生命周期

1.执行了System.exit()方法（具体可参见JDK的API文档）

2.程序正常执行结束

3.程序在执行过程中遇到了错误或异常而异常终止

4.由于操作系统出现错误而导致JVM进程终止

类通过JVM的Classloader加载到内存经过以下几个步骤

加载 --> 连接 --> 初始化

**加载**：查找并加载类的二进制数据

**连接:**

1.         验证：确保被加载的类的正确性

2.         准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值

3.         解析：把类中的符号引用转换为直接引用

**初始化**：为类的静态变量赋予正确的初始值

我来分别解释一下这三个阶段都做了什么事情

1.加载就是将二进制的字节码通过IO输入到JVM中，我们的字节码是存在于硬盘上面的，而所用的类都必须加载到内存中才能运行起来，加载就是通过IO把字节码从硬盘迁移到内存中。

2.连接分为3个阶段，验证，准备和解析。

1) 验证这里可能大家会疑问了，我们的类不是通过JVM编译成的字节码的吗，为什么这里还要验证加载类的正确性，难道通过Java虚拟机的javac编译器生成的字节码还会有错误不成？当然，javac编译出来的类都是正确的，但是如果是通过其他途径生成的字节码呢？是不是正确的呢？就比如你自己建一个文本文件，然后重命名该文件为Test.class，然后让JVM来运行这个类，显然是错误的。当然因为JDK的源码是开放的，所以JVM字节码的生成规则也是公开的，所以也有一些第三方的软件可以生成符合JVM规范的字节码文件，如CGlib。

2)准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值，这里我们一定要看清楚是为静态变量分配内存，而不是我们的实例变量，为什么我要强调静态变量，因为实例变量是什么时候产生的，是生成实例的时候产生的，而我们一般是在new一个对象的时候才对这个类进行实例化（前提是这个类已经被加载），而我们现在还没有加载完类，所以这个时候只能对静态变量分配内存空间（静态变量是属于这个类的而不属于某个对象），这个一定要分清楚。然后为该静态变量初始化为默认值（这个大家应该不陌生，int类型是0，boolean就是false，引用类型是null等）。

3)解析：把类中的符号引用转换为直接引用，这个我们等下在讨论（后面我们会讲什么是符号引用，什么是直接引用）

3.初始化：这个似乎与上面的初始化为默认值有点矛盾，我们再看一遍：为累的静态变量赋予正确的初始值，上面是赋予默认值，这里是赋予正确的初始值，什么是正确的初始值，就是用户给赋予的值。我们来看一个例子

class Test{
    
        privatestaticinta = 1;
    
    }

我们知道，这个类加载好之后，a的值就是1，但实际是这样子的，类在加载的连接阶段，将a初始化为默认值0（int的默认值是0），然后在初始化阶段将a的值赋予为正确的初始值1. 我们看到最终a的值是等于1，但是实际的运行中是有一个将0赋予a的过程，这个过程放生在连接的准备阶段。类的初始化还有另外的一种形式，代码如下

class Test{
    
        privatestaticinta ;
    
        static{
    
            a=1;
    
        }
    
    }

这里强调一点，这个时候还是没有类的实例生成的，这点一定要注意！

《深入java虚拟机第二版》里面有一个图阐述了对应的关系，如下

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NjU5OTE_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

Java

程序对类的使用方式可分为2种，主动使用和被动使用。所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口被Java程序“首次主动使用时才初始化他们。”

> 主动使用（六种）
> 
>     1)创建类的实例 (如new Integer())
> 
>     2)访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值 (读写静态变量)
> 
>     3)调用类的静态方法
> 
>     4)反射（如Class.forName(“com.yhj.jvm.classloader.ClassLoaderTest”)）
> 
>     5)初始化一个类的子类 (初始化子类的过程中会主动使用父类的构造方法)
> 
>     6)Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（含有main方法并且是启动方法的类）

除了以上六种情况，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 (除了上述6种情况以外，都不会执行初始化，只会执行加载和连接)

好了，讲到这里我们大概知道类加载的几个步骤，那我们现在来详细的介绍一下类加载这个过程中的一些细节！

**类的加载**：累的加载是指将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区里面（具体的JVM内存模型我们会在后面讲到，这里可以参考下面JVM的内存模型图），然后在堆区创建一个java.lang.Class的对象，用于封装类在方法区内的数据结构！我们知道我们对于一个类可以创建很多个对象，但是这些对象共享同样的数据结构，而这个数据结构就是在加在过程中创建的这个class对象。我们可以通过类名.class或者对象名.getClass()获取这个对象！无论创建了多少个实例对象，这个class的对象始终只有一个，类里面所有的结构都可以通过class对象获取，因此class对象就像一面镜子一样，可以反射一个类的内存结构，因此class是整个反射的入口！通过class对象我们可以反射的获取某个对象的数据结构，访问对应数据结构中的数据！

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NjU5OTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**JVM内存模型  **

《深入java虚拟机第二版》上面一个实例描述了一个类在加载过程中的内存模型，如下

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTE2NjU5OTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

加载

> .class文件有几种方式  
> 
>     1.从本地系统中直接加载（直接加载本地硬盘上的.class文件加载）
> 
>     2.通过网络下载.class文件（通过java.net.URLClassLoader加载网络上的某个.class文件）
> 
>     3.从zip，jar等归档文件中加载.class文件（引入外部zip、jar包）
> 
>     4.从专有数据库中提取.class文件（不常用）
> 
>     5.将Java源文件动态编译为.class文件（动态代理）

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