jvm

JVM笔记（一）：类加载子系统

2021-04-09  本文已影响0人  因你而在_caiyq

原创文章，转载请注明原文章地址，谢谢！

类加载子系统的作用

1、类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
2、ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由ExecutionEngine决定。
3、加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是class文件中常量池部分的内存映射）


类加载器ClassLoader的角色

1、class file存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来根据这个文件实例化出n个一模一样的实例。
2、class file加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区。
3、在class文件到JVM到最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类加载器ClassLoader），扮演一个快递员的角色。


类的加载过程

类加载器的分类

1、JVM支持两种类型的类加载器，分别是：引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义加载器（User-Defined ClassLoader）
2、从概念上讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。

程序中常见的类加载器（下面四者是包含关系，不是上下层、子父类关系）


sun.misc.Launcher是一个Java虚拟机的入口应用


虚拟机自带的加载器
用户自定义类加载器

在Java的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由上述三种类加载器相互配合执行的，在必要时，还可以自定义类加载器，来定制类的加载方式。

为什么要自定义类加载器？
1、隔离加载类
2、修改类加载器的方式
3、扩展加载源
4、防止源码泄露

用户自定义类加载器实现的步骤
1、开发人员可以通过继承抽象类java.lang.ClassLoader类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求。
2、在jdk1.2之前，在自定义类加载器时，总会去继承CLassLoader类并重写loadClass()方法，从而实现自定义类加载器类，但是在jdk1.2之后，不再建议用户去覆盖loadClass()方法，而是建议把自定义的类加载逻辑写在findClass()方法中。
3、在编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URLClassLoader类，这样可以避免自己去编写findClass()方法及其获取字节码流的方式，使自定义类加载器编写更加简洁。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte[] result = getClassFromCustomPath(name);
            if (result == null) {
                throw new FileNotFoundException();
            } else {
                defineClass(name, result, 0, result.length);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

    private byte[] getClassFromCustomPath(String name) {
        // 从自定义路径中加载指定类，如果指定路径的字节码文件进行了加密，则需要在此方法中进行解密
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();
        try {
            Class<?> clazz = Class.forName("com", true, customClassLoader);
            Object object = clazz.newInstance();
            System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

ClassLoader

ClassLoader类，抽象类，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader（不包括启动类加载器）

方法名称 描述
getParent() 返回该类加载器的超类加载器
loadClass(String name) 加载名称为name的类，返回结果为java.lang.Class类的实例
findClass(String name) 查找名称为name的类，返回结果为java.lang.Class类的实例
findLoadedClass(String name) 查找名称为name的已经被加载过的类，返回结果为java.lang.Class类的实例
defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 把字节数组b中的内容转换为一个Java类，返回结果为java.lang.Class类的实例
resolveClass(Class<?> c) 连接指定的一个Java类
获取ClassLoader的途径

1、获取当前类的ClassLoader
clazz.getClassLoader()
2、获取当前线程上下文的ClassLoader
Thread.currentThread().getContextClassLoader()
3、获取系统的ClassLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader()
4、获取调用者的ClassLoader
DriverManager.getCallerClassLoader()

双亲委派机制

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式。

工作原理

1、如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行。
2、如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器。
3、如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，若父类加载器无法完成此加载任务，子类加载器才会尝试自己去加载。


双亲委派机制的反向委托

1、在Java应用中存在着很多服务提供者接口SPI，这些接口允许第三方为它们提供实现，如常见的SPI有JDBC、JNDI等，这些SPI的接口属于Java核心库，一般存在rt.jar包中，由Bootstrap类加载器加载。而Bootstrap类加载器无法直接加载SPI的实现类，同时由于双亲委派模式的存在，Bootstrap类加载器也无法反向委托AppClassLoader加载器SPI的实现类。在这种情况下，就需要一种特殊的类加载器来加载第三方的类库，而线程上下文类加载器就是很好的选择。
2、rt.jar核心包是由Bootstrap类加载器加载的，其内包含SPI核心接口类，由于SPI中的类经常需要调用外部实现类的方法，而jdbc.jar包含外部实现类（jdbc.jar存在于classpath路径）无法通过Bootstrap类加载器加载，因此只能委派线程上下文类加载器把jdbc.jar中的实现类加载到内存以便SPI相关类使用。显然这种线程上下文类加载器的加载方式破坏了“双亲委派模型”，它在执行过程中抛弃双亲委派加载链模式，使程序可以逆向使用类加载器，当然这也使得Java类加载器变得更加灵活。


双亲委派机制的优势

1、避免类的重复加载
2、保护程序安全，防止核心API被随意篡改
自定义类：java.lang.String
自定义类：java.lang.ShkStart
报错：java.lang.SecurityException：Prohibited package name：java.lang

沙箱安全机制

自定义String类，但是在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中java\lang\String.class），报错信息说没有main方法，就是因为加载的是rt.jar包中的String类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件
1、类的完整类名必须一致，包括包名。
2、加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同。
换句话说，在JVM中，即使这两个类对象（class对象）来源同一个class文件，被同一个虚拟机所加载，但是只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。

对类加载器的引用
JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

类的主动使用和被动使用

Java程序对类的使用方式分为：主动引用和被动引用
主动使用，又分为下面7种情况：
1、创建类的实例
2、访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
3、调用类的静态方法
4、反射，如Class.forName()
5、初始化一个类的子类
6、Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
7、JDK7开始提供的动态语言支持：java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果。REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化
除了以上7种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。

博客内容仅供自已学习以及学习过程的记录，如有侵权，请联系我删除，谢谢！

上一篇下一篇

猜你喜欢

热点阅读