JVM之详解Java类的装载过程及类加载过程
作者：互联网
标题1 问题
为什么要学习JVM？学习JVM是为了什么？
JVM屏蔽了不同操作系统之间的差异，这是Java语言能够Write Once，Run Anywhere的根本。
JDK：JRE：JVM三者之间的区别？
JDK=JRE+开发工集（例如：Javac编译工具等）
JRE=JVM+基础标准类库
Java程序运行的过程：.java->.class->加载到JVM
字节码文件的结构：参考字节码文件格式和虚拟机规范。
从.java转换到.class文件只不过是转换了一种形式而已。
另一种理解字节码文件的方式：javap反编译字节码文件。
JVM是跨语言的平台
字节码文件“装到”JVM的机制——类加载（的过程）
三个步骤：loading->linking->initializing
1.加载：通过类的全限定名来获得文件名，并查找导入磁盘的class文件
2.链接：
1）验证：保证字节码文件的格式正确（版本号、字节码、符号引用等）。
2）准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认初始值。
3）解析：把类中的符号引用转化为直接引用。符号引用指的是由一组符号描述的目标，它可以是任何的字面量；直接引用是指直接指向目标的指针，或者说是真实的指针地址。
3.初始化：为类的静态变量赋值，然后执行类的初始化（static）语句。初始化的详细过程：
1）如果类还没有被加载和链接（即没有执行前两个过程），那就先进行加载和初始化；
2）如果类存在父类，并且父类还没有初始化，那就先初始化直接父类；
3）如果类中存在初始化语句，顺序执行初始化语句。
class初始化时机：
1.创建类的实例（四种方式）；（哪四种方式：new一个对象；反射；序列化、反序列化；克隆）（说得再直白点，如果类的实例已经存在，那么相应的字节码文件一定也存在）
2.访问类中的某个静态变量，或者对静态变量进行赋值；
3.主动调用类的静态方法；
4.Class.forname("包类名")；（完成了类的初始化）
5.完成子类的初始化，也完成对本类的初始化（接口例外）；
6.该类是程序引导入口（main方法入口或者test入口）。
Demo实例：
//Demo.java
//F.java
public class F {
public static int FCount = 200;
static {
System.out.println(FCount);
}
}
//S.java
public class S extends F {
public static int SCount = 100;
static {
System.out.println(Scount);
}
}
//Test.java
public class Test {
public static void main(String[] args)
S.SCount = 1000; //问题：会先执行哪条打印语句
}
}
问题大难：先执行FCount的打印语句。原因：见初始化时机第5条。
类的加载的实现者：类加载器
JDK自带的Class Loader一共有三个，可以分成两大类：
1.Bootrap ClassLoader；
2.Extension ClassLoader；
3.Application ClassLoader
Bootrap ClassLoader介绍：
1.JVM自带的引导类加载器，由C/C++的语言实现，在Java中打印null；
2.加载Java的核心类库，$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar、resource.jar或Java程序运行指定的Xbootclasspath选项jar包；
3.指定加载java，javax，sun等开头的包类名。
如果自定义了一个类，这个类的包名为java.lang，那么new一个这个自定义类的对象就会报错，因为java开头的包类名不能自定义类！
Extension ClassLoader介绍：
1.Java语言编写的类加载器sun.misc.Launcher$ExtClassLoader（静态内部类）
2.指定Bootrap ClassLoader为Parent加载器-->getParent()可以获取Bootrap ClassLoader
3.负责架子啊java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/ext或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包（如果我们自定义的class需要交给Ext来加载可以放置到ext的目录下）
Application ClassLoader介绍：
1.Java语言编写的类加载器sun.misc.Launcher$APPClassLoader（静态内部类）
2.该加载器是Java程序默认的类加载器，Java应用的类都是该类加载器加载的
3.指定Extension ClassLoader为parent加载器-->getParent()可以获取Extension ClassLoader
4.负责加载环境变量classpath指定的目录，或者java.class.path指定的目录类库
双亲委派加载机制/模型（面试常考）
从源码分析可知，Extension ClassLoader和Application ClassLoader都是继承于ClassLoader这个抽象类。ClassLoader中的loadClass方法中实现了双亲委派：
loadClass源码：
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) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
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();
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();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}这段代码的逻辑是：
1.先调用方法findLoadedClass()来判断是否已经存在这个类；
2.若存在，则跳过不执行；否则，执行try语句块中的代码；
3.递归判断parent是否为空并调用parent的loadClass方法。由于刚开始调用时类加载器为Application ClassLoader，所以parent为Extension ClassLoader不是null，继续调用parent的loadClass方法，Extension ClassLoader的parent为Bootrap ClassLoader，这时parent为null（表示不可访问），就会执行try语句块中else部分语句findBootstrapClassOrNull方法，这个方法调用C/C++编写的native方法private native Class<?> findBootstrapClass(String name)来尝试加载这个类；接着也是一个递归过程。
4.如果Bootrap ClassLoader无法加载并且没有找到这个类就会交给子类Extension ClassLoader来尝试加载，如果它也无法加载并且没有找到对应的类，那么最终就会交给Application ClassLoader去加载，由Application ClassLoader实现类的加载过程。
双亲委派加载机制/模型的作用：
1.避免类的重复加载；
2.保护程序安全，放置核心的Java语言环境遭受破坏。
如何理解？例如：java.lang包下的类都是非常宝贵的，例如String类，如果我自己定义了一个也叫做String的类，那么如何保证核心类库下的String类能够被正常加载呢？当new一个String对象时，实际上是由Bootrap ClassLoader调用native的方法findBootstrapClass得到的一个final类，而不是自定义的类所对应的对象。
进一步，如果想要破坏这样一个逻辑，或者说想要new的对象是自定义的String类的对象，那么可以通过重写loadClass方法来实现；换句话说，这也是为什么Application ClassLoader、Extension ClassLoader以及Bootrap ClassLoader没有重写这个方法的原因，所以只要调用loadClass方法就一定会按照这个逻辑执行。
为什么要自定义类加载器？
1.适配数据源
2.环境隔离；
3.jar包共享；
4.防止源码泄露。
初始运行时数据区
在JVM中划分了几大区域来分别存储不同时期或者不同class文件产生的不同的数据，有些区域随着JVM的启动就创建了并且随着JVM的关闭而销毁；其他的数据区域则是跟线程相关，即随着线程的创建而创建，随着线程的死亡而销毁。主要包括（参考JVM结构第2.5小节-Runi-Time Data Areas）：
1. The pc Register（程序计数器）
通俗的讲，就是指下一个命令的地址。它与线程同创建同销毁。
由于JVM支持多线程，每个线程都会有自己的程序计数器，线程执行方法的过程中都会记录这个程序计数器。例如，线程A在调用某个方法，执行到某个过程时由于某种原因失去CPU执行权，而线程B获得了CPU执行权，当线程B完成某个任务之后，线程A又获得了CPU执行权，那么JVM需要知道从哪里开始继续执行。简单而言，就是用来保存当前当前线程当中执行的位置。
2. JVM stacks（Java虚拟机栈）
指当前执行线程的独占空间。与线程同创建同销毁。
初学时，我们简单粗暴的将JVM分为栈和堆，其中的栈就是这个虚拟机栈。
它以栈的形式存在，即先进后出。
保存的是栈帧（frame），每个栈帧中又保存了一些数据结构，例如局部变量、动态链接、返回地址等；或线程的运行状态，或理解为调用的方法。
3. Heap（堆）
程序运行中最需要关注的内容。
是线程共享的。与虚拟机同创建同消亡。
存储类的实例即对象和数组。
分为老年代、新生代，新生代又分为存活区、伊甸区，思考这样分的原因？
4. Method Area（方法区）
是所有线程共享的区域。随着JVM启动而创建。
保存的是类已经加载的信息，例如常量池、属性和方法数据以及方法体和构造器中编译后的代码。这些数据基本不变，而经常发生变化的保存在堆中
如果方法区的内存无法满足申请的需求时，会报出OutOfMemoryError的错误。
JDK8以前叫做永久代（Perm Space），1.8叫做metaspace。
5. Run-Time Constant Pool（运行时常量池）
每个常量池由JVM中的方法区进行分配。
6. Native Method Stacks（本地方法栈）
native方法（C/C++编写的方法）的保存位置，不能用JVM栈保存
JVM执行引擎的组成
JVM本质上也是一个程序、一个进独立的进程，最终还是要交给操作系统去运行，这就涉及到执行引擎。
思考问题：Java是编译型语言还是解释型语言？ Ans：解释+编译
解释器：把class字节码文件中的指令翻译成机器语言、机器能够马上执行的指令；
即时编译器：
垃圾回收器：对内存共享区域（例如堆、方法区）的自动处理。
总结
注意，图中把常量池合并到了方法区。
标签：Java,及类,ClassLoader,线程,JVM,class,加载 来源： https://blog.csdn.net/weixin_42389189/article/details/111350152