JVM類加載機制的示例分析

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一、類加載簡介

類的加載機制是指把編譯后的.class類文件的二進制數(shù)據(jù)讀取到內存中，并為之創(chuàng)建一個java.lang.Class對象，用來封裝類在元數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)結構。

類在JVM中的生命周期為：加載，連接，初始化，使用，卸載。不過這里只重點描述加載，連接，初始化這三個過程。

二、加載過程

基于一張圖看類加載子系統(tǒng)的細節(jié)流程：

1、加載階段

過程描述

加載階段需要完成以下三個過程：

• 通過類的全限定名來獲取其定義的二進制字節(jié)流；

• 將字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結構轉化為云數(shù)據(jù)空間的運行時數(shù)據(jù)結構；

• 在堆Heap中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為對元數(shù)據(jù)空間中這些數(shù)據(jù)的訪問入口；

類加載器

• 引導類加載器

Bootstrap-ClassLoader基于C/C++實現(xiàn)，負責加載Java的核心類庫JAVA_HOME\jre\lib\rt.jar，該加載器不繼承自ClassLoader抽象類，并且只加載包名為java、javax、sun等開頭類，一次保證對核心源碼的保護。

• 擴展類加載器

Extension-ClassLoader，基于Java語言，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現(xiàn)，派生于ClassLoader抽象類，從java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的加載類庫，或者JDK安裝目錄jre\lib\ext目錄下加載。

• 系統(tǒng)類加載器

Application-ClassLoader，基于Java語言，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現(xiàn)，它負責加載環(huán)境變量ClassPath指定的類庫，如果在應用程序中沒有自定義類加載器，一般情況下作為程序中默認的類加載器。

2、連接階段

驗證

目的在于確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當前虛擬機的要求，保證加載類的正確性，不會危害虛擬機自身的安全，主要包括四種檢驗動作：

• 文件格式驗證：驗證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范；

• 元數(shù)據(jù)驗證：確保其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求；

• 字節(jié)碼驗證：確定程序語義是符合邏輯的；

• 符號引用驗證：確保解析動作能正確執(zhí)行。

準備

為類的靜態(tài)變量分配內存，并初始化為默認值，這時候進行內存分配的僅包括類變量（static）修飾，不包括(final-static)修飾的，這里也不會為實例變量分配初始化，實例變量會隨著對象一塊分配到Java堆中。

解析

將常量池中的符號引用轉換為直接引用的過程，直接引用就是直接指向目標的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標的句柄。解析主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等，解析的動作實際是會隨著JVM在執(zhí)行完初始化之后再執(zhí)行的。

3、初始化階段

執(zhí)行類構造器clinit()方法的過程，該方法不需要自定義，是javac編譯器自動收集類中的所有類變量的賦值動作和靜態(tài)代碼塊中的語句合并而來，Jvm要保證clinit()方法在多線程訪問下的安全性。

三、機制策略

1、雙親委派模式

類加載器收到了類加載的請求時，不會自己先去嘗試加載這個類，而是把請求委托給父加載器去執(zhí)行;

如果父加載器還存在父類加載器，則依次向上委托，因此類加載請求最終都應該被傳遞到頂層的啟動類加載器中；

如果父類加載器可以完成類加載請求，就直接成功返回，只有當父加載器在無法完成該加載，子加載器才會嘗試自己去加載該類；

2、沙箱安全機制

假設自定義一個類名為String且所在包為java.lang，在使用引導類加載器加載時會先加載JDK中的String類，因為這個類本來是屬于jdk的，后面再次出現(xiàn)String類就會報錯，以此保證源代碼不被惡意篡改，這就是沙箱安全機制。

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