《深入理解Java虚拟机》第二版第七章笔记

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-03-20 04:50 200阅读 0赞

虚拟机类加载机制

# 7.2 类加载时机 #

类从被加载到虚拟机内存到卸载出内存，他的生命周期包括：

*  **加载（Loading）**
 *  **验证（Verification）**
 *  **准备（Preparation）**
 *  **解析（Resolution）**
 *  **初始化（Initialization）**
 *  **使用（Using）**
 *  **卸载（Unloading）**

从上到下七个阶段。

需要注意：其中解析阶段可以在某些情况下在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也称动态绑定和晚期绑定）

### **7.2.1 5种情况下必须对类进行初始化** ###

*  遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic这4条字节码指令时，如果类未进行过初始化，则需要先触发其初始化。

> 这些字节码指令一般使用new关键字实例化对象的时候，读取或设置一个类的静态字段（被final修饰，已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，已经调用一个类的静态方法。

*  使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化。则先触发初始化。
 *  如果初始化一个类，他的父类还未初始化的时候，先触发父类的初始化。
 *  当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（main方法那个类），虚拟机先初始化这个主类。
 *  当使用JDK1.7的动态语言支持，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF\_getStatic,REF\_putStatic,REF\_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法的句柄所对应的类没有进行过初始化。则先触发其初始化。（这一种情况博主不太看懂，有会的朋友希望留言解惑。谢谢）

除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

*  **通过子类调用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。**
 *  **通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。**![20190211034057582.png][]
 *  **调用一个类常量的时候，不会触发一个类的初始化。（在编译阶段常量就被存储到NotInitialization类的常量池中，以后对调用的类的常量实际上就是调用Not这个类的常量池的引用）**
 *  **在一个接口被初始化的时候，并不要求其父接口都完成了初始化，只有真正使用到父接口时，才会初始化。**

## **7.3 类的加载过程** ##

### 7.3.1 加载 ###

（类加载过程的一个阶段）

虚拟机需要做3件事：

*  通过一个类的**全限定名**来获取此类的**二进制字节流**。
 *  将这个字节流所代表的**静态存储结构**转化为方法区的**运行时数据结构**
 *  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**。

在第一件事中，虚拟机没有做过多规范。从哪里获取二进制字节流。开发人员开发了很多种选择：

*  从ZIP中获取，日后成为**JAR,EAR,WAR**格式的基础。
 *  从网络获取，比如Applet。
 *  运行时计算生成，比如动态代理技术，在**java.lang.reflect.Proxy**中，就是用ProxyGenerator.generateProxyClass类来为特定接口生成形式为**“\*$Proxy”**的代理类的二进制字节流。
 *  其他文件生成。比如JSP的应用，由JSP生成对应的Class类。
 *  从数据库获取。

补充：加载阶段开发人员控性最强，可以通过系统自己的**引导类加载器**来完成，也能增加通过**重写类加载器的loadClass（）方法**来**自定义类加载器**来完成加载。

对于数组类来说，它不通过类加载器创建，由Java虚拟机直接创建，但数组中的元素类型（Element Type）还是需要类加载器去创建。

数组类创建遵循以下规则：

*  如果数组的元素类型是组件类型（Component Type），就递归地去加载这个组件类型。
 *  如果数组的组件类型不是引用类型（例如 int\[\] 一些基本数据的数组），数组会被标记与类加载器关联。
 *  如果数组类的可见性与它的组件类型一致，如果组件类型不是引用类型，那数组类的可见性将默认为public。（这句不太懂）

加载完成后，二进制字节流按照**虚拟机所需的格式存储在方法区之中**。

然后在内存中实例一个java.lang.Class对象，虽然它为对象，但是它在方法区中。

此对象作为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。

加载阶段与连接阶段的部分内容（如部分字节码文件格式验证动作）是交叉运行的。

### 7.3.2 验证 ###

**目的：**确保Class文件的字节流包含的信息符合虚拟机的要求，不会危害虚拟机自身的安全。

**分4个阶段：**

> **文件格式验证：**
> 
> 验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本虚拟机处理。
> 
> **元数据验证：**
> 
> 对字节码描述的信息做语义分析。
> 
> 例如：这个类是否有父类，这个类是否继承了被final修饰的类......
> 
> **字节码验证：**
> 
> 验证过程最复杂的一个阶段，主要目的是通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的，符合逻辑的。
> 
> 例如：保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作，不会出现操作栈放置了INT类型的数据，使用时按long类型来加载进本地变量表找中。
> 
> **符号引用验证：**
> 
> 最后一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在解析阶段中发生，符号引用验证可以看做是对类自身以外的信息进行匹配性校验。
> 
> 例如：符号引用中通过字符串的全限定名是否可以找到对应的类，符号引用的类，字段，方法的访问性是否可以被当前类访问。
> 
>

### 7.3.3 准备 ###

目的：正式为**类变量**分配**内存**并设置类变量**初始值**的阶段，这些变量所使用的内存将在**方法区**中进行分配。

注意：

*  此时进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。
 *  而且此时的初始值是所谓的数据类型的零值。比如public static int value=123；这个代码value在准备阶段之后会被赋予0值。
 *  而value被赋值为123，会在类的初始化阶段才会执行。
 *  常见基本数据类型的零值：

![20190212054233792.png][]

*  如果类变量被final修饰，那么它将会在准备阶段就被赋值为123.（就是说类变量为常量时）

### 7.3.4 解析 ###

**目的：**是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

> **符号引用：**以一组符号来描述所引用的目标，可以是任意形式的字面量，只要使用时能无歧义的定位到目标。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标不一定已经加载到内存中。
> 
> **直接引用：**可以是直接指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。它与虚拟机内存布局相关。同一符号引用被不同虚拟机实例翻译出来的直接引用一般不会相同，如果有了直接引用，那引用目标必定已经在内存中存在。

类或接口的解析：

字段解析：

类方法解析：

接口方法解析：

### **7.3.5 初始化** ###

**特点：**初始化为类加载过程最后一步，前面类加载过程中，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自身定义的类加载器参与之外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。

**目的：真正的开始执行类中定义的Java程序代码（字节码）。**

*  可以说，初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。
 *  <clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static\{\}块）中的语句合并产生的，编译器搜集的顺序是有语句在源文件出现的顺序决定的。
 *  **静态语句块中只能访问定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，可以在前面的静态语句块赋值，但不能访问。**
 *  <clinit>()方法与类的构造器（或者说<init>()方法）不同，它不需要显式的调用父类的构造器，虚拟机会保证子类的<clinit>()方法执行之前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。因此jvm中第一个执行<clinit>()方法的类一定是java.lang.Object类。
 *  父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作。
 *  <clinit>()方法对类和接口并不是必须的，当类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。
 *  接口中没有静态语句块，但仍然有变量初始化赋值操作，因此接口和类都会生成<clinit>()方法，区别是：只有到父接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化，且接口的实现类值初始化时依旧不会执行父接口的<clinit>()方法。
 *  虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确的加锁同步，如果有多个线程去同时初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法。

## **7.4 类加载器** ##

### **7.4.1 类与类加载器** ###

**目的：**用于实现类的加载动作。

**重点：**

>  *  对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每个类加载器都有独立的类名称空间。
>  *  比较两个类是否相等也要在两个类在同一类加载器加载下才有意义，如果两个不同的类加载器加载的类，必定不相等。
>  *  这里的相等包括代表类的Class对象的equals（）方法，isAssignableFrom（）方法，isInstance（）方法，instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。

### **7.4.2 双亲委派模型** ###

[优秀博客：https://www.imooc.com/article/34493][https_www.imooc.com_article_34493]

对虚拟机来说只存在两种不同的类加载器：

>  *  一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），C++实现，虚拟机自身的一部分。
>  *  一种是所有其他的类加载器，Java实现，独立JVM之外。

对Java开发人员来说划分为更细致的3种：

>  *  **启动类加载器：**
> 
> 负责将存放在<JAVA\_HOME>\\lib 目录中的类库加载到虚拟机内存中（需要是虚拟机识别的，名字不符合的也不会被虚拟机加载。）
> 
> 此加载器无法被Java程序直接引用。
> 
>  *  **扩展类加载器（Extension ClassLoader）：**
> 
> 负责加载<JAVA\_HOME>\\lib\\ext 目录中的所有类库，开发者可直接使用扩展类加载器。
> 
>  *  **应用程序加载器（Application ClassLoader）：也称系统类加载器**
> 
> 是ClassLoader中的getSystemClassLoader（）方法的返回值。负责加载用户类路径上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器。如果应用程序没有自定义自己的类加载器，name一般程序中默认的就是此加载器。

**双亲委派模型作用**

> **对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在虚拟机中的唯一性**，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。因此，使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处：**类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系**。
> 
> 例如类`java.lang.Object`，它由启动类加载器加载。双亲委派模型保证任何类加载器收到的对`java.lang.Object`的加载请求，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此**Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类**。
> 
> 相反，如果没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类，并用自定义的类加载器加载，那系统中将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证，应用程序也将会变得一片混乱。

**7.4.3 破坏双亲委派模型**

[20190211034057582.png]: /images/20220320/6dde294e4226468f94c793277d2e3ccc.png
[20190212054233792.png]: /images/20220320/391f53916f864d918b67b911ee926313.png
[https_www.imooc.com_article_34493]: https://www.imooc.com/article/34493