JVM学习笔记(三)——虚拟机类加载机制

  1. 云栖社区>
  2. 博客>
  3. 正文

JVM学习笔记(三)——虚拟机类加载机制

李牙刷儿 2017-07-10 21:19:46 浏览5587
展开阅读全文

在介绍完class文件格式后,我们来看下虚拟机是如何把一个由class文件描述的类加载到内存中的。具体来说java中类的加载涉及7个阶段:加载、校验、准备、解析、初始化、使用、卸载。

1.加载时机

并不是所有的类在程序启动时即被加载,为提升效率,虚拟机通常秉承的是按需加载的原则,即需要使用到相应的类时才加载对应的类。具体包括如下几个加载时机:

  • 遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这4条指令时,如果对应的类没有被加载,虚拟机会首先加载对应的类。这4条指令对应的场景是:

    • 创建一个实例对象
    • 访问一个类的静态变量(注意:不包括被final修饰,在编译时已被放入常量池的变量)
    • 执行一个类的静态方法
  • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时,如果相应类未被加载,则虚拟机会加载该类
  • 初始化子类时如果其父类尚未被加载,虚拟机会先加载其父类
  • 虚拟机启动时,包含main方法的类会被加载
  • 使用JDK 1.7动态语言支持时,某些场景会触发类加载
  1. 加载

加载是整个类加载的一个过程,具体来说加载阶段一共做了三项工作:

  • 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
  • 将字节流中的静态存储结构转化为运行中的实际数据结构并存储在方法区中
  • 为该类生成一个java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口

3.验证

验证阶段的目的就是保证Class文件的字节流中包含的信息都符合当前虚拟机的要求,不会危害虚拟机本身的安全。具体来说验证阶段的工作主要分为以下几部分:

3.1 文件格式验证

  • 是否已0xCAFEBABE开头
  • 主次版本是否在当前虚拟机可以处理的范围内
  • 常量池中的数据是否有不被支持的类型
  • 指向常量的各种索引值是否有指向不存在常量或不符要求的常量
  • …...

3.2 元数据验证

  • 当前加载类是否有父类
  • 是否继承了不被允许继承的类(final类)
  • 如果不是抽象类,是否实现了父类中所有要求实现的方法
  • …...

3.3 字节码验证

字节码验证是整个验证过程中最为复杂的一步,主要的目的是通过分析数据流和控制流,确定语义是合法的、符合逻辑的,例如:

  • 保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上
  • 保证方法体内的类型转换是有效的
  • …...

3.4 符号引用验证

  • 符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能够找到对应的类
  • 符号引用中的类、字段、方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前的类访问

4 准备

正式为类变量分配内存并设置其初始值,这些变量所使用的内存都将在方法区进行分配。

5 解析

解析是虚拟机将class文件中常量池中的符号引用解析为直接应用的过程。

  • 符号引用:符号引用以一组符号来描述所引用的目标,符号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即可,与虚拟机的内存布局无关。
  • 直接引用:直接引用可以直接访问到存在于内存中的目标,可以是一个直接指针也可以是一个句柄。

解析过程主要涉及以下几个步骤:

  • 类或接口的解析
  • 字段解析
  • 类方法解析
  • 接口方法解析
  • 方法类型解析
  • 方法句柄解析
  • 调用点限定符解析

6 初始化

初始化就是执行类构造器方法()的过程,()方法是由编译器自动收集的所有类变量的赋值动作以及静态语块合并生成的。

7 类加载器

上述的类加载过程都是由java虚拟机的类加载器完成的。对于任意一个类,都需要有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,每一个类加载器都拥有一个独立的类命名空间。事实上Java程序在运行时存在不止一种类加载器,绝大部分Java程序都会使用到以下三种类加载器:

  • 启动类加载器:用于加载/lib路径下的类
  • 扩展加载器:用于加载/lib/ext路径下的类
  • 应用程序类加载器:复杂加载用户应用程序路径上的类

如果有需要,开发人员还可以加入自定义的类加载器。既然存在如此多的类加载器,那么当一个类需要加载时,具体是由那个类进行加载呢?由于所有的类加载器都遵守“双亲委派模型”,所以虚拟机在运行期间可以保证一个类只会被加载一次。
这里写图片描述

双亲委派模型的工作过程:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它会把这个请求交给自己的父类加载器去完成,父类加载器也会继续上自己的父类加载器发送请求,依次类推。如果父类已经加载过该类,则当前加载器会直接返回已加载的类,只有当父类没有加载过该类时,当前类加载器才会真正去加载该类。

网友评论

登录后评论
0/500
评论