阿里面试真题讲解：详解类的生命周期，一文带你掌握

2020-08-11 本文已影响0人程序员匡胤

详解类的生命周期

我们知道java文件编译称.class字节码文件之后，要加载（Loading）到内存，接着对字节码进行链接（Linking），然后初始化（Initializing）之后才能被使用执行，使用完成之后，被卸载回收（GC），下图是类的生命周期（Class Cycle）图。

class（编译成.class文件）

java c 命令把java文件编译成,class字节码文件

Loading（加载）

有哪些类加载器？

java类加载器总分为以下四种：

BootstrapClassLoader 启动类加载器，加载java核心库lib/rt.jar、charsets.jar等，C++编写，如果调用getClassLoader()是个null，说明当前类由该加载器加载，ExtClassLoader、AppClassLoader加载器也在rt.jar包下，所以者两个加载器类的加载器也是BootstrapClassLoader，使用下面代码打印加载类的范围

 String bootPath = System.getProperty("sun.boot.class.path");
 System.out.println(bootPath.replaceAll(";", System.lineSeparator()));

ExtClassLoader 扩展类加载器，java编写，加载扩展jar包jre/lib/ext/*.jar，或者由-Djava.ext.dirs指定，使用下面代码打印加载类的范围

 String extPath = System.getProperty("java.ext.dirs");
 System.out.println(extPath.replaceAll(";", System.lineSeparator()));

AppClassLoader 系统类加载器，java编写，加载程序所在的目录clssspath或者java.class.path系统属性类，如user.dir所在的位置的class，使用下面代码打印加载类的范围

  String appPath = System.getProperty("java.class.path");
  System.out.println(appPath.replaceAll(";", System.lineSeparator()));

CustomClassLoader 用户自定义类加载器，java编写，用户自定义的类加载器,可加载指定路径的class文件

什么是双亲委派机制？

双亲委派机制是指当一个类加载器收到一个类加载请求时，该类加载器首先会看自己有没有加载过该类，加载过直接返回，没加载过，把请求委派给父加载器，每个类加载器都是如此，直到顶层的类加载器BootstrapClassLoader，只有在父类加载器在自己的搜索范围内找不到指定类时，子类加载器才会尝试自己去加载。
注意： 这里说父类加载器，并不是说明这些加载器是继承的关系，这里说的父类加载器，是指加载器里面维护了一个parent 变量，parent就是指当前加载器的父类加载器
类加载过程如下图：
类加载器主要源码，核心：findLoadedClass()-> parent.loadClass() -> findClass()

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        //委托父加载器加载
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                       //如果父加载器为空，那么调用BootStrapClassLoader来加载
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //调用自己的findClass(name)方法来加载类。
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            //是否需要链接该类
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
//由子类加载器实现
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

为什么要使用双亲委派机制加载类？

任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。
类没必要加载到内存多次，带来内存消耗的同时，也带来了安全性问题
Java中基础的类，比如说String类，如果用户自己编写了一个java.lang.String类，并把它放到了ClassPath中，会出现很多个String类，这样Java类型体系中最基础的行为都无法保证，应用程序也将一片混乱。

怎么写自定义类加载器？

创建一个自己的加载器，继承 ClassLoader类
重写ClassLoader类的findClass()方法，调用ClassLoader定义类的方法defineClass()，返回Class对象
可以在findClass里面加一些自己的一些逻辑，比如说将编译后的class文件进行加密，只有自己定义的ClassLoader可以加载成功等
下面是自定义加载器代码：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

        File file = new File("/Users/", name.replace(".", "/").concat(".class"));
        FileInputStream fis = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
            fis = new FileInputStream(file);
            baos = new ByteArrayOutputStream();

            int b = 0;
            while ((b = fis.read()) != 0) {
                baos.write(b ^ seed);
            }
            byte[] bytes = baos.toByteArray();
            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (baos != null) {
                try {
                    baos.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (fis != null) {
                try {
                    fis.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return super.findClass(name);//throws ClassNotFoundException()
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassLoader l = new MyClassLoader();
        String className = "com.cl.Hello";
        Class clazz = l.loadClass(className);
        Class clazz1 = l.loadClass(className);
        System.out.println(clazz == clazz1);

        Hello h = (Hello) clazz.newInstance();
        h.m();

        System.out.println(l.getClass().getClassLoader());
        System.out.println(l.getParent());
        System.out.println(getSystemClassLoader());
    }
}

如何打破双亲委派机制？

重写 ClassLoader类中的 loadClass()方法

何时打破过？
1. JDK1.2之前，自定义ClassLoader都必须重写loadClass()
2. ThreadContextClassLoader可以实现基础类调用实现类代码，通过thread.setContextClassLoader指定
3. 热启动，热部署，osgi tomcat 都有自己的模块指定classloader（可以加载同一类库的不同版本）

LazyLoading

严格讲应该叫lazy initialzing，因为java虚拟机规范并没有严格规定什么时候必须loading,但严格规定了什么时候initialzing，以下5种情况把必须初始化类：

new getstatic putstatic invokestatic指令，访问final变量除外
java.lang.reflect对类进行反射调用时
初始化子类的时候，父类首先初始化
虚拟机启动时，被执行的主类必须初始化
动态语言支持java.lang.invoke.MethodHandle解析的结果为REF_getstatic REF_putstatic REF_invokestatic的方法句柄时，该类必须初始化

Linking（链接）

verification 验证，验证文件是否符合JVM规定
preparation 准备，静态成员变量赋默认值
resolution 解析，将类、方法、属性等符号引用解析为直接引用，常量池中的各种符号引用解析为指针、偏移量等内存地址的直接引用

Initializing（初始化）

调用类初始化代码，给静态成员变量赋初始值

Execute（执行）

类的执行有三种方式，混合执行 编译执行 解释执行
1. 解释执行(-Xint)：解释器解释执行所有字节码，启动快执行稍慢
2. 编译执行(-Xcomp)：使用纯编译模式，执行快，启动很慢
3. 混合执行(-Xmixed) ：开始解释执行，启动速度较快，对热点代码（-XX:CompileThreshold=10000）实行检测和编译
新版JVM默认类执行方式是混合执行 mixed mode

java version "1.8.0_201"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_201-b09)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.201-b09, mixed mode)

GC（回收）

该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。
加载该类的ClassLoader已经被回收。
该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
如果以上三个条件全部满足，jvm就会在方法区垃圾回收的时候对类进行卸载，类的卸载过程其实就是在方法区中清空类信息，java类的整个生命周期就结束了

其他

类加载过程：加载到内存 -> 静态变量赋默认值 -> 静态变量赋初始值
对象创建过程：申请内存 -> 成员变量赋默认值 -> 执行构造方法成员变量赋初始值

最后

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阿里面试真题讲解：详解类的生命周期，一文带你掌握

详解类的生命周期

class（编译成.class文件）

Loading（加载）

有哪些类加载器？

什么是双亲委派机制？

为什么要使用双亲委派机制加载类？

怎么写自定义类加载器？

如何打破双亲委派机制？

LazyLoading

Linking（链接）

Initializing（初始化）

Execute（执行）

GC（回收）

其他

最后

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