白話說Java虛擬機(jī)原理系列【第三章】：類加載器詳解-創(chuàng)新互聯(lián)

文章目錄
        • jvm.dll
        • BootstrapLoader：裝載系統(tǒng)類
        • ExtClassLoader：裝載擴(kuò)展類
        • AppClassLoader：裝載自定義類
        • 雙親委派模型
        • 類加載器加載類的方式
        • 類加載器特性
        • 類加載器加載字節(jié)碼到JVM的過程
        • 自定義/第三方類加載器
        • `類加載器加載字節(jié)碼到哪？`
        • Class類對(duì)象
        • 破壞雙親委派機(jī)制：spi機(jī)制


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前導(dǎo)說明：
本文基于《深入理解Java虛擬機(jī)》第二版和個(gè)人理解完成，
以大白話的形式期望能用大家都看懂的描述講清楚虛擬機(jī)內(nèi)幕，
后續(xù)會(huì)增加基于《深入理解Java虛擬機(jī)》第三版內(nèi)容，并進(jìn)行二個(gè)版本的對(duì)比。

JVM基本結(jié)構(gòu)圖


jvm.dll

首次要執(zhí)行JAVA程序就都需要啟動(dòng)JVM虛擬機(jī)，由java.exe負(fù)責(zé)獲取JRE目錄位置中的jvm.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫，然后加載運(yùn)行此庫，即JVM虛擬機(jī)。

BootstrapLoader：裝載系統(tǒng)類
  • JVM啟動(dòng)初始化后，第一創(chuàng)建的類加載器為BootstrapLoader，此由C++語言實(shí)現(xiàn)，加載運(yùn)行后它會(huì)加載Launcher.class字節(jié)碼文件，Launcher內(nèi)部有ExtClassLoader、AppClassLoader兩個(gè)內(nèi)部類，它會(huì)先創(chuàng)建ExtClassLoader并將它的parent設(shè)置成null，然后再創(chuàng)建AppClassLoader，并將它的parent設(shè)置成ExtClassLoader。至此完成了BootstrapLoader的初始化，同時(shí)也完成了類加載器的初始化。
  • BootstrapLoader加載器負(fù)責(zé)加載JAVA安裝目錄中的類，即核心JAVA API對(duì)應(yīng)的類。如JRE目錄下的rt.jar、charsets.jar等，BootstrapLoader由C++編寫實(shí)現(xiàn)，由于不是JAVA體系，所以JVM選擇了透明化該類，所以ExtClassLoader的parent設(shè)置成了null，其實(shí)代表的就是ExtClassLoader的parent為BootstrapLoader，只不過透明化了這個(gè)C++實(shí)現(xiàn)的類。
ExtClassLoader：裝載擴(kuò)展類

負(fù)責(zé)加載JRE安裝目錄的"\lib\ext"目錄下的類。

AppClassLoader：裝載自定義類
  • 負(fù)責(zé)加載自己開發(fā)的類，就是環(huán)境變量中配置的"."點(diǎn)對(duì)應(yīng)的目錄了。其實(shí)是java.class.path對(duì)應(yīng)的目錄，即CLASSPATH目錄
  • 默認(rèn)情況下使用AppClassLoader裝載應(yīng)用程序中的類。
雙親委派模型

問題：有這么寫類加載器，實(shí)際中我們要用哪個(gè)最合理呢？

這就要看一下他的運(yùn)行機(jī)制：雙親委派機(jī)制

原理：就是如果有類加載的需求時(shí)，加載器先通過parent去嘗試在對(duì)應(yīng)的路徑下加載，如果parent得不到類文件，再由子加載器去加載，直到加載到文件。比如一個(gè)自定義的類，加載時(shí)，先由BootstrapLoader加載，加載不到再由ExtClassLoader加載，加載不到最后才由AppClassLoader進(jìn)行加載。這就是委托模型機(jī)制，分工明確，各司其職。

原因：出于安全、保護(hù)JVM考慮，比如我自己實(shí)現(xiàn)了一個(gè)較差的String類，如果沒有此機(jī)制，那么就可以隨意加載到JVM，那可能導(dǎo)致一些問題，有了此機(jī)制，那么String永遠(yuǎn)都是有BootstrapLoader加載，且加載的是JAVA提供的核心類庫中的類。

證明：要想證明累的加載過程是不是對(duì)，只需建一個(gè)main方法，運(yùn)行一下，只不過增加一個(gè)java的啟動(dòng)參數(shù)：設(shè)置虛擬機(jī)參數(shù)"-XX:+TraceClassLoading"來獲取類加載信息，信息將會(huì)打印在控制臺(tái)或log。

類加載器加載類的方式
  • 隱式裝載：程序運(yùn)行過程中碰到new關(guān)鍵字，則會(huì)先裝載對(duì)應(yīng)的類。
  • 顯示裝載：通過Class.forName()等類似方法顯示的調(diào)用裝載。

類加載途徑：虛擬機(jī)對(duì)類加載的規(guī)范很模糊，即最終加載成二進(jìn)制流，但是二進(jìn)制流從哪來沒有規(guī)定，所以可以有如下途徑獲取類的字節(jié)碼文件：

  • ①從zip包中獲取，這就是以后jar、ear、war格式的基礎(chǔ)
  • ②從網(wǎng)絡(luò)中獲取，典型應(yīng)用就是Applet
  • ③運(yùn)行時(shí)計(jì)算生成，典型應(yīng)用就是動(dòng)態(tài)代理技術(shù)
  • ④由其他文件生成，典型應(yīng)用就是JSP，即由JSP生成對(duì)應(yīng)的.class文件
  • ⑤從數(shù)據(jù)庫中讀取，這種場景比較少見
類加載器特性

對(duì)于任意一個(gè)類，都需要由加載它的類加載器和這個(gè)類本身一同確立其在Java虛擬機(jī)中的唯一性，每一個(gè)類加載器，都擁有一個(gè)獨(dú)立的類名稱空間。這句話表達(dá)地再簡單一點(diǎn)就是：比較兩個(gè)類是否"相等"，只有在這兩個(gè)類是由同一個(gè)類加載器加載的前提下才有意義，否則即使這兩個(gè)類來源于同一個(gè).class文件，被同一個(gè)虛擬機(jī)加載，只要加載它們的類加載器不同，這兩個(gè)類必定不相等。

類加載器加載字節(jié)碼到JVM的過程

在這里插入圖片描述
此處我們忽略“使用”和“卸載”兩個(gè)過程，”使用“就是我們代碼中實(shí)現(xiàn)的功能，卸載將會(huì)交由GC處理。

1.裝載：查找和導(dǎo)入class字節(jié)碼文件到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)。
2.鏈接：

檢查：檢查載入的class文件數(shù)據(jù)的正確性。
準(zhǔn)備：給類的靜態(tài)變量分配存儲(chǔ)空間，存于方法區(qū)。此過程還會(huì)對(duì)(虛)方發(fā)表完成初始化。
解析：將符號(hào)引用轉(zhuǎn)成直接引用，常量池解析。

3.初始化：對(duì)靜態(tài)變量、靜態(tài)代碼塊（即靜態(tài)方法）執(zhí)行初始化工作。
最后通過加載器創(chuàng)建Class類對(duì)象存于堆，并指向方法區(qū)該類的存儲(chǔ)區(qū)域。

自定義/第三方類加載器

類加載器可以由第三方自己實(shí)現(xiàn)一些特殊的功能。

  • ClassLoader抽象類：類加載由此開始，會(huì)調(diào)用它的loadClass方法，查看源碼可以發(fā)現(xiàn)雙親委派的具體實(shí)現(xiàn)，以及各個(gè)類加載器加載的目錄對(duì)應(yīng)的環(huán)境變量具體是哪個(gè)。
  • 自定義加載器：如果我們要保留雙親委派機(jī)制，那么需要繼承ClassLoader類并實(shí)現(xiàn)findClass方法(從源碼可知這個(gè)方法默認(rèn)是空實(shí)現(xiàn)，為自定義準(zhǔn)備的擴(kuò)展方法)來加載jvm默認(rèn)加載器處理范圍之外的類，如果我們想更廣范圍的加載類，比如不讓AppClassLoader生效，那么只能自己重寫ClassLoader類的loadClass方法了。
類加載器加載字節(jié)碼到哪？

類加載器加載字節(jié)碼文件到運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)中，然后再完成一系列字節(jié)碼文件的解析（常量池解析等），最后會(huì)創(chuàng)建一個(gè)與類文件相關(guān)的對(duì)象存入堆(即類對(duì)象)并通過指針指向方法區(qū)當(dāng)前類的定義(指針指的是堆中的對(duì)象頭中會(huì)有一個(gè)引用指向方法區(qū)類字節(jié)碼定義的位置，方法區(qū)章節(jié)會(huì)詳細(xì)講解，此處知道即可)。

Class類對(duì)象
  • 類加載器加載class文件后，最終都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)Class類的對(duì)象存于堆中，用于和方法區(qū)中的class文件內(nèi)容關(guān)聯(lián)。
  • Class類沒有public的構(gòu)造方法，Class類的對(duì)象是在裝載類時(shí)由JVM通過調(diào)用類裝載器中的defineClass()方法自動(dòng)構(gòu)建的。
  • 方法區(qū)中也會(huì)保存加載當(dāng)前class文件的加載器信息，因?yàn)镃lass類的對(duì)象是由加載器創(chuàng)建的，所以通過Class類對(duì)象可以得知用的哪個(gè)加載器。
破壞雙親委派機(jī)制：spi機(jī)制

上邊說了，雙親委派的作用就是安全，保障jdk的類只有自己的加載器能加載，但是有些時(shí)候我們需要讓我們自己提供的類被加載，該怎么辦呢？

幾種方法： 比如

  • 就是重寫源碼，這個(gè)不太可取
    就是重寫類加載器的loadClass方法，以此改變類加載的方式；
  • 通過jdk提供的spi方式，我們提供自己的實(shí)現(xiàn)類，這樣通過spi的配置，就可以成功通過雙親委派來加載到我們提供的類了。

簡單介紹SPI： spi的方法就是定義自己的實(shí)現(xiàn)類，比如數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)Driver接口的實(shí)現(xiàn)類，然后將實(shí)現(xiàn)類放到META-INF/services目錄的Driver全名的配置文件中，這樣就可以了，當(dāng)然使用的時(shí)候要用ServiceLoader來加載具體的實(shí)現(xiàn)類(spi內(nèi)容可以到dubbo章節(jié)的講解中學(xué)習(xí))。

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標(biāo)題名稱：白話說Java虛擬機(jī)原理系列【第三章】：類加載器詳解-創(chuàng)新互聯(lián)
文章源于：http://www.muchs.cn/article4/djjpie.html

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