JVM类加载机制及生命周期的详细介绍
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一.目标:
1.什么是类的加载?
2.类的生命周期?
3.类加载器是什么?
4.双亲委派机制是什么?
二.原理 (类的加载过程及其最终产品):
JVM将class文件字节码文件加载到内存中, 并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构,在堆(并不一定在堆中,HotSpot在方法区中)中生成一个代表这个类的java.lang.Class 对象,作为方法区类数据的访问入口。
三.过程(类的生命周期):
JVM类加载机制分为五个部分:加载,验证,准备,解析,初始化,下面我们就分别来看一下这五个过程。其中加载、检验、准备、初始化和卸载这个五个阶段的顺序是固定的,而解析则未必。为了支持动态绑定,解析这个过程可以发生在初始化阶段之后。
加载:
加载过程主要完成三件事情:
通过类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
将这个类字节流代表的静态存储结构转为方法区的运行时数据结构
在堆中生成一个代表此类的java.lang.Class对象,作为访问方法区这些数据结构的入口。
这个过程主要就是类加载器完成。
校验:
此阶段主要确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机的自身安全。
文件格式验证:基于字节流验证。
元数据验证:基于方法区的存储结构验证。
字节码验证:基于方法区的存储结构验证。
符号引用验证:基于方法区的存储结构验证。
准备:
为类变量分配内存,并将其初始化为默认值。(此时为默认值,在初始化的时候才会给变量赋值)即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。例如:
public static int value = 123;
此时在准备阶段过后的初始值为0而不是123;将value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器
public static final int value = 123;
此时value的值在准备阶段过后就是123。
解析:
把类型中的符号引用转换为直接引用。
符号引用与虚拟机实现的布局无关,引用的目标并不一定要已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同,但是它们能接受的符号引用必须是一致的,因为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。
直接引用可以是指向目标的指针,相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在
主要有以下四种:
类或接口的解析
字段解析
类方法解析
接口方法解析
初始化:
初始化阶段是执行类构造器
java中,对于初始化阶段,有且只有以下五种情况才会对要求类立刻“初始化”(加载,验证,准备,自然需要在此之前开始):
使用new关键字实例化对象、访问或者设置一个类的静态字段(被final修饰、编译器优化时已经放入常量池的例外)、调用类方法,都会初始化该静态字段或者静态方法所在的类。
初始化类的时候,如果其父类没有被初始化过,则要先触发其父类初始化。
使用java.lang.reflect包的方法进行反射调用的时候,如果类没有被初始化,则要先初始化。
虚拟机启动时,用户会先初始化要执行的主类(含有main)
jdk 1.7后,如果java.lang.invoke.MethodHandle的实例最后对应的解析结果是 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic方法句柄,并且这个方法所在类没有初始化,则先初始化。
四.类加载器:
把类加载阶段的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作交给虚拟机之外的类加载器来完成。这样的好处在于,我们可以自行实现类加载器来加载其他格式的类,只要是二进制字节流就行,这就大大增强了加载器灵活性。系统自带的类加载器分为三种:
启动类加载器。
扩展类加载器。
应用程序类加载器。
五.双亲委派机制:
双亲委派机制工作过程:
如果一个类加载器收到了类加载器的请求.它首先不会自己去尝试加载这个类.而是把这个请求委派给父加载器去完成.每个层次的类加载器都是如此.因此所有的加载请求最终都会传送到Bootstrap类加载器(启动类加载器)中.只有父类加载反馈自己无法加载这个请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时.子加载器才会尝试自己去加载。
双亲委派模型的优点:java类随着它的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,它存放在rt.jart之中.无论哪一个类加载器都要加载这个类.最终都是双亲委派模型最顶端的Bootstrap类加载器去加载.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.如果用户编写了一个称为“java.lang.Object”的类.并存放在程序的ClassPath中.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.应用程序也将会一片混乱.
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