Java類的加載、鏈接和初始化方法是什么

本篇內(nèi)容介紹了“Java類的加載、鏈接和初始化方法是什么”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

Java類的加載

Java類的加載是由類加載器來(lái)完成的。一般來(lái)說(shuō)，類加載器分成兩類：?jiǎn)?dòng)類加載器（bootstrap）和用戶自定義的類加載器（user-defined）。兩者的區(qū)別在于啟動(dòng)類加載器是由JVM的原生代碼實(shí)現(xiàn)的，而用戶自定義的類加載器都繼承自Java中的java.lang.ClassLoader類。在用戶自定義類加載器的部分，一般JVM都會(huì)提供一些基本實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)人員也可以根據(jù)需要編寫(xiě)自己的類加載器。JVM中最常使用的是系統(tǒng)類加載器（system），它用來(lái)啟動(dòng)Java應(yīng)用程序的加載。通過(guò)java.lang.ClassLoader的getSystemClassLoader()方法可以獲取到該類加載器對(duì)象。

類加載器需要完成的最終功能是定義一個(gè)Java類，即把Java字節(jié)代碼轉(zhuǎn)換成JVM中的java.lang.Class類的對(duì)象。但是類加載的過(guò)程并不是這么簡(jiǎn)單。Java類加載器有兩個(gè)比較重要的特征：層次組織結(jié)構(gòu)和代理模式。層次組織結(jié)構(gòu)指的是每個(gè)類加載器都有一個(gè)父類加載器，通過(guò)getParent()方法可以獲取到。類加載器通過(guò)這種父親-后代的方式組織在一起，形成樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)。代理模式則指的是一個(gè)類加載器既可以自己完成Java類的定義工作，也可以代理給其它的類加載器來(lái)完成。由于代理模式的存在，啟動(dòng)一個(gè)類的加載過(guò)程的類加載器和最終定義這個(gè)類的類加載器可能并不是一個(gè)。前者稱為初始類加載器，而后者稱為定義類加載器。兩者的關(guān)聯(lián)在于：一個(gè)Java類的定義類加載器是該類所導(dǎo)入的其它Java類的初始類加載器。比如類A通過(guò)import導(dǎo)入了類 B，那么由類A的定義類加載器負(fù)責(zé)啟動(dòng)類B的加載過(guò)程。

一般的類加載器在嘗試自己去加載某個(gè)Java類之前，會(huì)首先代理給其父類加載器。當(dāng)父類加載器找不到的時(shí)候，才會(huì)嘗試自己加載。這個(gè)邏輯是封裝在java.lang.ClassLoader類的loadClass()方法中的。一般來(lái)說(shuō)，父類優(yōu)先的策略就足夠好了。在某些情況下，可能需要采取相反的策略，即先嘗試自己加載，找不到的時(shí)候再代理給父類加載器。這種做法在Java的Web容器中比較常見(jiàn)，也是Servlet規(guī)范推薦的做法。比如，Apache Tomcat為每個(gè)Web應(yīng)用都提供一個(gè)獨(dú)立的類加載器，使用的就是自己優(yōu)先加載的策略。IBM WebSphere Application Server則允許Web應(yīng)用選擇類加載器使用的策略。

類加載器的一個(gè)重要用途是在JVM中為相同名稱的Java類創(chuàng)建隔離空間。在JVM中，判斷兩個(gè)類是否相同，不僅是根據(jù)該類的二進(jìn)制名稱，還需要根據(jù)兩個(gè)類的定義類加載器。只有兩者完全一樣，才認(rèn)為兩個(gè)類的是相同的。因此，即便是同樣的Java字節(jié)代碼，被兩個(gè)不同的類加載器定義之后，所得到的Java類也是不同的。如果試圖在兩個(gè)類的對(duì)象之間進(jìn)行賦值操作，會(huì)拋出java.lang.ClassCastException。這個(gè)特性為同樣名稱的Java類在JVM中共存創(chuàng)造了條件。在實(shí)際的應(yīng)用中，可能會(huì)要求同一名稱的Java類的不同版本在JVM中可以同時(shí)存在。通過(guò)類加載器就可以滿足這種需求。這種技術(shù)在OSGi中得到了廣泛的應(yīng)用。

Java類的鏈接

Java類的鏈接指的是將Java類的二進(jìn)制代碼合并到JVM的運(yùn)行狀態(tài)之中的過(guò)程。在鏈接之前，這個(gè)類必須被成功加載。類的鏈接包括驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析等幾個(gè)步驟。驗(yàn)證是用來(lái)確保Java類的二進(jìn)制表示在結(jié)構(gòu)上是完全正確的。如果驗(yàn)證過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤的話，會(huì)拋出java.lang.VerifyError錯(cuò)誤。準(zhǔn)備過(guò)程則是創(chuàng)建Java類中的靜態(tài)域，并將這些域的值設(shè)為默認(rèn)值。準(zhǔn)備過(guò)程并不會(huì)執(zhí)行代碼。在一個(gè)Java類中會(huì)包含對(duì)其它類或接口的形式引用，包括它的父類、所實(shí)現(xiàn)的接口、方法的形式參數(shù)和返回值的Java類等。解析的過(guò)程就是確保這些被引用的類能被正確的找到。解析的過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致其它的Java類被加載。

不同的JVM實(shí)現(xiàn)可能選擇不同的解析策略。一種做法是在鏈接的時(shí)候，就遞歸的把所有依賴的形式引用都進(jìn)行解析。而另外的做法則可能是只在一個(gè)形式引用真正需要的時(shí)候才進(jìn)行解析。也就是說(shuō)如果一個(gè)Java類只是被引用了，但是并沒(méi)有被真正用到，那么這個(gè)類有可能就不會(huì)被解析?？紤]下面的代碼：

public class LinkTest {   
   public static void main(String[] args) {       
      ToBeLinked toBeLinked = null;       
      System.out.println("Test link.");   
   }
}

類 LinkTest引用了類ToBeLinked，但是并沒(méi)有真正使用它，只是聲明了一個(gè)變量，并沒(méi)有創(chuàng)建該類的實(shí)例或是訪問(wèn)其中的靜態(tài)域。在 Oracle的JDK 6中，如果把編譯好的ToBeLinked的Java字節(jié)代碼刪除之后，再運(yùn)行LinkTest，程序不會(huì)拋出錯(cuò)誤。這是因?yàn)門(mén)oBeLinked類沒(méi)有被真正用到，而Oracle的JDK 6所采用的鏈接策略使得ToBeLinked類不會(huì)被加載，因此也不會(huì)發(fā)現(xiàn)ToBeLinked的Java字節(jié)代碼實(shí)際上是不存在的。如果把代碼改成ToBeLinked toBeLinked = new ToBeLinked();之后，再按照相同的方法運(yùn)行，就會(huì)拋出異常了。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候ToBeLinked這個(gè)類被真正使用到了，會(huì)需要加載這個(gè)類。

Java類的初始化

當(dāng)一個(gè)Java類第一次被真正使用到的時(shí)候，JVM會(huì)進(jìn)行該類的初始化操作。初始化過(guò)程的主要操作是執(zhí)行靜態(tài)代碼塊和初始化靜態(tài)域。在一個(gè)類被初始化之前，它的直接父類也需要被初始化。但是，一個(gè)接口的初始化，不會(huì)引起其父接口的初始化。在初始化的時(shí)候，會(huì)按照源代碼中從上到下的順序依次執(zhí)行靜態(tài)代碼塊和初始化靜態(tài)域。考慮下面的代碼：

public class StaticTest {   
   public static int X = 10;   
   public static void main(String[] args) {       
      System.out.println(Y); //輸出60   
   }   
   static {       
      X = 30;   
   }  
   public static int Y = X * 2;
}

在上面的代碼中，在初始化的時(shí)候，靜態(tài)域的初始化和靜態(tài)代碼塊的執(zhí)行會(huì)從上到下依次執(zhí)行。因此變量X的值首先初始化成10，后來(lái)又被賦值成30；而變量Y的值則被初始化成60。

Java類和接口的初始化只有在特定的時(shí)機(jī)才會(huì)發(fā)生，這些時(shí)機(jī)包括：

• 創(chuàng)建一個(gè)Java類的實(shí)例。如

  MyClass obj = new MyClass()

  
  

• 調(diào)用一個(gè)Java類中的靜態(tài)方法。如

  MyClass.sayHello()

  
  

• 給Java類或接口中聲明的靜態(tài)域賦值。如

  MyClass.value = 10

  
  

• 訪問(wèn)Java類或接口中聲明的靜態(tài)域，并且該域不是常值變量。如

  int value = MyClass.value

  
  

• 在頂層Java類中執(zhí)行assert語(yǔ)句。

通過(guò)Java反射API也可能造成類和接口的初始化。需要注意的是，當(dāng)訪問(wèn)一個(gè)Java類或接口中的靜態(tài)域的時(shí)候，只有真正聲明這個(gè)域的類或接口才會(huì)被初始化。考慮下面的代碼：

class B {   
   static int value = 100;   
   static {       
      System.out.println("Class B is initialized."); //輸出   
   }
}
class A extends B {   
   static {       
      System.out.println("Class A is initialized."); //不會(huì)輸出   
   }
}
public class InitTest {   
   public static void main(String[] args) {       
      System.out.println(A.value); //輸出100   
   }
}

在上述代碼中，類InitTest通過(guò)A.value引用了類B中聲明的靜態(tài)域value。由于value是在類B中聲明的，只有類B會(huì)被初始化，而類A則不會(huì)被初始化。

創(chuàng)建自己的類加載器

在 Java應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可能會(huì)需要?jiǎng)?chuàng)建應(yīng)用自己的類加載器。典型的場(chǎng)景包括實(shí)現(xiàn)特定的Java字節(jié)代碼查找方式、對(duì)字節(jié)代碼進(jìn)行加密/解密以及實(shí)現(xiàn)同名 Java類的隔離等。創(chuàng)建自己的類加載器并不是一件復(fù)雜的事情，只需要繼承自java.lang.ClassLoader類并覆寫(xiě)對(duì)應(yīng)的方法即可。 java.lang.ClassLoader中提供的方法有不少，下面介紹幾個(gè)創(chuàng)建類加載器時(shí)需要考慮的：

• defineClass()：這個(gè)方法用來(lái)完成從Java字節(jié)代碼的字節(jié)數(shù)組到j(luò)ava.lang.Class的轉(zhuǎn)換。這個(gè)方法是不能被覆寫(xiě)的，一般是用原生代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

• findLoadedClass()：這個(gè)方法用來(lái)根據(jù)名稱查找已經(jīng)加載過(guò)的Java類。一個(gè)類加載器不會(huì)重復(fù)加載同一名稱的類。

• findClass()：這個(gè)方法用來(lái)根據(jù)名稱查找并加載Java類。

• loadClass()：這個(gè)方法用來(lái)根據(jù)名稱加載Java類。

• resolveClass()：這個(gè)方法用來(lái)鏈接一個(gè)Java類。

這里比較 容易混淆的是findClass()方法和loadClass()方法的作用。前面提到過(guò)，在Java類的鏈接過(guò)程中，會(huì)需要對(duì)Java類進(jìn)行解析，而解析可能會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前Java類所引用的其它Java類被加載。在這個(gè)時(shí)候，JVM就是通過(guò)調(diào)用當(dāng)前類的定義類加載器的loadClass()方法來(lái)加載其它類的。findClass()方法則是應(yīng)用創(chuàng)建的類加載器的擴(kuò)展點(diǎn)。應(yīng)用自己的類加載器應(yīng)該覆寫(xiě)findClass()方法來(lái)添加自定義的類加載邏輯。 loadClass()方法的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)會(huì)負(fù)責(zé)調(diào)用findClass()方法。

前面提到，類加載器的代理模式默認(rèn)使用的是父類優(yōu)先的策略。這個(gè)策略的實(shí)現(xiàn)是封裝在loadClass()方法中的。如果希望修改此策略，就需要覆寫(xiě)loadClass()方法。

下面的代碼給出了自定義的類加載的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)模式：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {   
   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {       
      byte[] b = null; //查找或生成Java類的字節(jié)代碼       
	  return defineClass(name, b, 0, b.length);   
   }
}

“Java類的加載、鏈接和初始化方法是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！