JVM类加载，Java虚拟机

2024-04-16 09:48:29   3  举报

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AI智能生成

JVM类加载是Java虚拟机（JVM）的关键部分，它负责将Java类文件（.class文件）加载到内存中，以便JVM执行。类加载过程可以分为以下几个阶段：加载、验证、准备、解析和初始化。 1. 加载：查找并加载类文件。 2. 验证：验证类的有效性，确保类的字节码符合JVM规范，并检查类的安全性。 3. 准备：为类的静态变量分配内存，并设置默认值。 4. 解析：将类的符号引用转换为直接引用，例如将方法名转换为方法指针。 5. 初始化：执行类的静态代码块和静态变量的赋值语句，初始化类的静态部分。类加载器分为引导类加载器、扩展类加载器和应用类加载器。引导类加载器负责加载JVM的核心类库，扩展类加载器负责加载JVM的扩展类库，应用类加载器负责加载用户类的类库。需要注意的是，JVM的类加载是基于延迟加载的原则，只有在真正需要某个类的时候，才会对其进行加载。这也意味着，如果一个类从未被使用过，那么它的加载过程将不会发生。

JVM

Java

类加载

Java虚拟机原理

java虚拟机体系结构图

作者其他创作

大纲/内容

作用

负责从文件系统或者网络中加载Class文件，Class文件开头有特定标识，魔术，咖啡杯壁

Classloader只负责class文件的加载，至于是否可运行，则由执行引擎决定

加载的类信息存放于称为方法区的内存空间，除了类信息，方法区还会存放运行时常量池信息，还可能包括字符串字面量和数字常量

常量池运行时加载到内存中，即运行时常量池

角色

类的加载过程

加载

加载刚好是加载过程的一个阶段，二者意思不能混淆

通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流

本地系统获取

网络获取，Web Applet

zip压缩包获取，jar，war

运行时计算生成，动态代理

有其他文件生成，jsp

专有数据库提取.class文件，比较少见

加密文件中获取，防止Class文件被反编译的保护措施

将这个字节流所代表的的静态存储结果转化为方法区的运行时数据结构

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访问入口

链接

验证

目的

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

四种验证

文件格式验证

CA FE BA BE(魔数，Java虚拟机识别)

主次版本号

常量池的常量中是否有不被支持的常量类型

指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量

元数据验证

对字节码描述的信息进行语义分析，保证描述符合Java规范

类是否有父类，除了Object之外，所有的类都应该有父类

类的父类是否继承了不允许被继承的类（被final修饰的类）

如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口中要求实现的所有方法。

类的字段，方法是否与父类的产生矛盾。例如方法参数都一样，返回值不同

字节码验证

通过数据流分析和控制流分析，确定程序语义是合法的，符合逻辑的。

对类的方法体，进行校验分析，保证在运行时不会做出危害虚拟机的行为

保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作，不会出现类似于在操作数栈放了一个int类型的数据，使用时却按照long类型加载到本地变量表中的情况。

保障任何跳转指令都不会跳转到方法体之外的字节码指令上。

符号引用验证

通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类

符号引用中的类、字段、方法的可访问性是否可被当前类访问

准备

为类变量分配内存，并且设置该类变量的初始值，即零值

不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显示初始化

不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，实例变量会随着对象一起分配到Java堆中

解析

将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程

事实上，解析操作往往会伴随着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。对应常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info

初始化

初始化阶段是执行类构造器方法<clinit>()的过程

此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来

非法的前向引用问题

如果没有类变量和静态代码块，也不会有clinit

构造器方法中指令按照语句在源文中出现的顺序执行

<clinit>()不同于类的构造器（关联：构造器是虚拟机视角下的<init>()）

若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕

虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁

使用

卸载

补充说明：

加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的。

解析阶段不一定，在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，为了支持Java语言的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）

Java虚拟机规范严格规定了，有且只有六种情况，必须立即对类进行初始化

1、遇到new,getstatic，putstatic或invokestatic这四条字节码指令时。

使用new关键字实例化对象

读取或设置一个类型的静态字段（final修饰已在编译期将结果放入常量池的静态字段除外）

调用一个类型的静态方法的时候

2、对类型进行反射调用，如果类型没有经过初始化，则需要触发初始化

3、初始化类的时候，发现父类没有初始化，则先触发父类初始化

4、虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main方法的那个类），虚拟机会初始化这个主类

5、只用JDK7中新加入的动态语言支持，如果一个java.lang.invoke.MethodHandler实例最后的解析结果为REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic，REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法对应的类没有进行初始化，则先触发其初始化

6、当一个接口中定了JDK8新加入的默认方法时，如果这个接口的实现类发生了初始化，要先将接口进行初始化

除了以上几种情况，其他使用类的方式被看做是对类的被动使用，都不会导致类的初始化

类加载器分类

引导类加载器和自定义加载器

概念上，将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义加载器

代码样例，获取类加载器

对于用户来说定义器来说，默认使用系统类加载器进行加载

Java的核心类库，使用引导类加载器进行加载

启动类加载器

C/C++语言实现，嵌套JVM内部

用来加载Java核心类库，rt.jar,resources.jar,sun.boot.class.path路径下的内容

并不继承java.lang.ClassLoader，没有父加载器