从类加载开始的JVM学习

目录

• 引言
• java类加载流程
• java类加载机制
  - 类加载原理
  - 双亲委派机制
• Tomcat中双亲委派机制的应用

引言

JVM(java virtual machine)是决定java语言可以跨平台执行的重要因素。对于不同的操作系统，java语言均实现了一套可供执行程序的JVM环境。在我们的程序开始执行时，我们将Java类文件读取到JVM提供的类加载器中；加载后，在内存中将保存我们程序中使用的java类。

企业微信截图_2bdf7229-2d5e-4460-b0ff-9d218e4237fb.png

java类加载流程

1. java类加载逻辑流程

   
   企业微信截图_0e5d6fb0-7d95-42cd-91cc-d2236a4b3021.png
2. java类加载流程详解
   企业微信截图_c5666a79-253a-4beb-9063-b972fd716546.png
   类加载：类文件从磁盘中读入到内存中
   （1）验证阶段：验证字节码文件中格式是否合法.
   （2）准备阶段：为程序中静态变量（static）赋默认值；一般int类型为0，bool类型为false
   （3）解析阶段：将(静态变量)符号引用替换为直接引用；
   该阶段将静态方法替换为指向数据所存内存的指针或句柄，被称为静态链接过程；
   注：动态链接过程:在运行期间完成将符号引用变为直接引用。
   （4）初始化：最后对类静态变量赋指定值（即赋值语句中的值）
3. JVM懒加载特性
   思考以下场景

class A {
  static {
    system.out.println("load A");
 }
  public A()  {
  system.out.println("initual A");
}
 public static void main(String[] args) {
 # 思考以下两种初始化方法有何不同
  A a = new A();
  A a = null;
} 
}

new A:
打印"load A"与"initual A"字段
A a = null:
懒加载将不加载A()的方法，仅会在类加载阶段加载类的静态方法

java的双亲委派机制

1. 双亲委派机制流程：

   
   企业微信截图_2f8b5ce3-dc44-4294-8357-7ddd16029af5.png
   

   其中：
   （1）引导类加载器：负责加载支撑了JVM运行的位于JRE目录下的核心类库，例如： rt.jar, charset.jar等
   （2）扩展类加载器：负责加载支持JVM运行的位于JRE lib目录下的ext jar包
   （3）应用类加载器：加载ClassPath下的类包，主要加载开发者自己创建的类

2. 双亲委派/类加载原理：
   （1）Launcher类：rt.jar下的核心类，负责类文件的加载
   详细：待补充
   （2）类加载入口方法：getClassLoader()
   代码：

public classLoader getClassLoader() {
  return this.loader;（loader通过Launcher()方式获取，该方法默认从AppClassLoader中进行加载，故开发者的类加载过程一般从App类加载器开始）
}

思考：从AppClassLoader开始加载的优点？
通过第一次加载将引导类与扩展类中相关类文件代入AppClass类加载中，后续仅访问AppclassLoader即可实现对所有资源的加载
（3）AppClass类中核心方法loadClass()解析：

// 注：以下为根据理解形成的伪代码
public LoaderClass loadClass() {
  Class<?> c = findLoadClass(name);   // 从Appclass目录下加载类文件
  if (parent != null) {
    c = parent.loadClass(name);      // 在AppClass目录下未找到对应的类文件，尝试从它的父类(Ext)目录下加载类文件
 } else {
    c = findBootstrapClassOrNull(name);  // 尝试通过BootstrapClass目录下获取类文件 
}
 
  if (c == null) {
  c = findClass(name);    // 都找不到，最后回到AppClass中的findClass方法
}
 return c;
}

（4）双亲委派机制设计思想：
（4.1）沙箱安全机制：防止开发者用自己写的核心类（或其他）篡改核心库Api，例如：

企业微信截图_55fec45b-7a4e-499c-bb81-18021c221326.png

（4.2）避免类的重复加载

3. 尝试自定义类加载器：
   思路：实现自定类加载器需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法，一个是 loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写这个方法。

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;

public class MyClassLoaderTest {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;

        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }

        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
        }

        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }
    }

        public static void main(String args[]) throws Exception {
            MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/test");
            Class clazz = classLoader.loadClass("User");
            Object obj = clazz.newInstance();
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
            method.invoke(obj, null);
            System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
        }
}

4. 尝试打破双亲委派机制
   思路：重写 java.lang.ClassLoader 类中loadClass方法，实现以下功能：当类加载机制从AppClassLoader开始时，不向上层的Loader类进行委托。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
 throws ClassNotFoundException {
   synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
   Class<?> c = findLoadedClass(name);

   // 当c=null时，不调用parent.loadClass(name)方法
   if(c==null){
   long t1 = System.nanoTime();
   c = findClass(name);
   sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().
    addElapsedTimeFrom(t1);
   sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
    if (resolve) {
    resolveClass(c);
    }
    return c;
    }
  }
}

Tomcat中双亲委派机制的应用

1. 双亲委派机制给Tomcat带来的问题：
   待补充

2. Tomcat8中的实现：

   
   企业微信截图_71e31b91-8772-495e-ac2b-3a0fac506ca4.png