Java 类加载和类加载器的问题

- 日理万妓 2024-03-22 10:26 125阅读 0赞

## 类加载 ##

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Java 的类加载阶段分为：**加载**、**链接**、**初始化**，而链接的过程中包括：**验证**、**准备**、**解析**

### 加载 ###

**将类的字节码载入方法区中**，内部采用 C++ 的 **instanceKclass** 描述 Java 类

instanceKclass 的重要字段：

*  `_java_mirror`：Java 类镜像，存放类对象的地址，例如对于 String，存放的就是String.class
 *  `_super`：即父类
 *  `_methods`：即方法
 *  `_constants`：即常量池
 *  `_class_loader`：类加载器
 *  `_vtable`：虚方法表
 *  `_itable`：接口方法表

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### 链接 ###

**链接**阶段包括**验证**、**准备**、**初始化**三个部分

#### 验证 ####

**验证类是否符合 JVM 规范，进行安全性检查**，例如：检查 Java 文件的魔数

#### 准备 ####

为 **static 变量**分配地址空间，设置默认值

*  static 变量**分配空间**和**赋值**是两个步骤，分配空间是在准备阶段完成，而赋值是在初始化阶段完成；
 *  若 static 变量是 final 类型的，且变量类型为**基本数据类型**或者**字符串对象**，则在**准备阶段进行赋值**；
 *  若 static 变量是 final 类型的，且变量类型为**引用对象**，则仍在**初始化阶段进行赋值**；

#### 解析 ####

将**常量池中的符号引用**解析为**直接引用**

### 初始化 ###

初始化调用 `<cinit>()v`，**即执行类的构造方法，代码块等**，虚拟机会保证这个类的线程安全

#### 发生的时机 ####

概括的说，类的初始化是**懒惰**的

*  main 方法所在的类，总会被首先初始化；
 *  首次访问类的**静态变量**或者**静态方法**，因为这些变量不是 final 的，会在类的初始化阶段进行赋值；
 *  子类初始化，会引起父类的初始化；
 *  子类方法父类的静态变量，会导致父类的初始化；
 *  Class.forName；
 *  new 会导致初始化；

**不会触发类的初始化**

*  访问类的 `static final` 静态变量（基本类型和字符串），不会被初始化，因为这些变量的赋值是在**准备**阶段；
 *  类对象`.class` 不会触发类的初始化；
 *  创建该类的数组不会触发初始化；
 *  类加载器的 `loadClass` 方法；
 *  `Class.forName` 的参数 2 为 `false` 时

## 类加载器 ##

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以 JDK8 为例

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong>名称</strong></th> 
   <th><strong>加载哪里的类</strong></th> 
   <th><strong>说明</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>Bootstrap ClassLoader</strong></td> 
   <td>JAVA_HOME/jre/lib</td> 
   <td>无法直接访问</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>Extension ClassLoader</strong></td> 
   <td>JAVA_HOME/jre/lib/ext</td> 
   <td>上级为 Bootstrap ClassLoader，访问为 null</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>Application ClassLoader</strong></td> 
   <td>classpath</td> 
   <td>上级为 Extension ClassLoader</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><strong>自定义类加载器</strong></td> 
   <td>自定义</td> 
   <td>上级为 Application ClassLoader</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

类加载器的作用：**加载类的二进制字节码**

### 双亲委派模式 ###

双亲委派模式是一种Java类加载机制，它定义了**一种层次化的父子关系**，由父类加载器**向下委派**请求，直到找到合适的类加载器为止。

1.  首先会检查缓存，查找该加载器是否已经加载过这个类了，如果没有就去父类的加载器中去寻找；
2.  如果缓存中没有找到，就会自顶而下用的类加载器去创建该类；
3.  最终返回该类即可；

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException
        {
            synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
                // First, check if the class has already been loaded
                // 检查缓存，是否已经加载过这个类
                Class<?> c = findLoadedClass(name);
                if (c == null) {
                    long t0 = System.nanoTime();
                    try {
                        if (parent != null) {
                            // 向上级的累加器中找
                            c = parent.loadClass(name, false);
                        } else {
                            // 向 Bootstrap 类加载器中找
                            c = findBootstrapClassOrNull(name);
                        }
                    } catch (ClassNotFoundException e) {
                        // ClassNotFoundException thrown if class not found
                        // from the non-null parent class loader
                    }
                	// 如果缓存没有找到，就去创建
                    if (c == null) {
                        // If still not found, then invoke findClass in order
                        // to find the class.
                        long t1 = System.nanoTime();
                        // 调用 findClass 去创建类
                        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) {
                    resolveClass(c);
                }
                return c;
            }
        }

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