JVM类加载子系统

叶秋学长
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1 内存结构概述

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2 类加载器与类的加载过程

类记载器子系统作用

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  • 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
  • ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则有ExcutionEngine决定。
  • 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息时Class文件中常量池部门的内存映射

类加载器ClassLoader角色

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  1. class file存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来根据这个文件实例化出n个一模一样的实例。
  2. class file 记载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区。
  3. 在.class文件-> JVM -> 最终称为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器 Class Loader）,扮演一个快递员的角色

类的加载过程

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加载：

  1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
  2. 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
  3. 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

补充：加载.class文件的方式

  • 本地系统中直接加载
  • 通过网络获取，典型场景：Web Applet
  • 从zip压缩包中读取，成为jar、war格式的基础
  • 运行时计算生成，使用最多的是：动态代理技术
  • 由其他文件生成，典型场景：JSP应用
  • 从专有数据库中提取.class文件，比较少见
  • 从加密文件中获取，典型的防Class文件被反编译的保护措施

链接

1 验证（Verify)
  • 目的在于确保class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
  • 主要包括四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证。
2 准备（Prepare)
  • 为类变量分配内存并设置该类变量的默认初始值，即零值。
  • 这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化。
  • 这里不会为实例变量分配初始值，类变量会分在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。
3 解析（Resolve）
  • 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
  • 事实上，解析操作往往会随着JVM在执行完初始化之后再执行。
  • 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的Class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
  • 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中CONSTANT_class_info\CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

jclasslib下载地址 (也可是使用IDEA插件)

github.com/ingokegel/j…

Binary Viewer下载地址

en.softonic.com/download/bi…

将.class文件拖进Binary View，发现前缀为cafe babe

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初始化：
  • 初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程
  • 此方法不需定义，是javac编译器自动收集类的所有类变量（静态变量）中赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
  • 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
  • <clinit>()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的()）
  • 若该类具有父类，JVM会保证子类的() 执行前，父类的() 已经执行完毕。
  • 虚拟机必须保证一个类的（）方法在多线程下被同步加锁。

例子

public class ClinitTest {
​
  private static int num = 1;
​
  static {
    num = 2;
    number = 20;
  }
​
  private static int number = 10;
​
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(ClinitTest.num);
    System.out.println(ClinitTest.number);
  }
}
// 结果为
// 2
// 10
// 因为pre阶段number会被赋值为默认值0，然后再顺序执行 先被赋值为20，再赋值为10

对应字节码

 0 iconst_1
 1 putstatic #3 <StackStruTest.num : I>
 4 iconst_2
 5 putstatic #3 <StackStruTest.num : I>
 8 bipush 20
10 putstatic #5 <StackStruTest.number : I>
13 bipush 10
15 putstatic #5 <StackStruTest.number : I>
18 return
// 可以看出先赋值20 再赋值10

初始化只会进行一次的例子

public class DeadThreadTest {
  public static void main(String[] args) {
    Runnable r = () -> {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始");
      DeadThread dead = new DeadThread();
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "结束");
    };
    Thread t1 = new Thread(r, "线程1");
    Thread t2 = new Thread(r, "线程2");
    t1.start();
    t2.start();
  }
​
}
class DeadThread{
  static {
    if (true) {
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "初始化当前类");
      while (true) {
        
      }
    }
  }
}

结果：

线程1开始
线程2开始
线程1初始化当前类

表明一个类的（）方法在多线程下被同步加锁。

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