Java 类加载机制

 

jvm进程

执行一个java程序，实质是调用jdk\bin下的java.exe，把这个java程序作为参数传递给java.exe，此命令会启动一个jvm进程，不管这个java程序有多少个线程、有多复杂，这个java程序中所有的线程、变量都处于此jvm进程中，它们使用的都是此jvm进程的内存区。

当出现以下情况时，jvm进程会被终止：

• 程序执行完毕，正常结束
• 程序中调用system.exit()或runtime.getruntime().exit()退出jvm，结束程序
• 发生错误或有未捕获、未处理的异常抛到了jvm
• jvm进程被os强制结束，比如打开任务管理器，强制结束jvm

当jvm进程结束后，os会回收此进程占用的内存，java程序在内存中所有的数据都会丢失。

不同的jvm进程是相互独立的，不同享内存（数据）。比如先运行一遍，再运行一遍，后一遍使用的不是前一遍终止时的数据，而是从头开始的。

 

 

 

 

类加载

类加载也叫类初始化，指的是：当程序要使用某个类时，如果该类还没有被加载到内存中，jvm会通过加载、连接、初始化三个步骤来对该类进行初始化。

我们习惯把这三个步骤作为一个整体，称为类加载或类初始化。

 

1、加载

加载指的是：jvm将该类的.class文件读到内存中，并为之创建一个java.lang.class对象。

类是对对象的抽象，java.lang.class是对类的抽象，jvm中所有的类都是java.lang.class的实例。

 

加载由类加载器来完成，类加载器的任务是将类的.class文件读到内存中，并为之创建一个对应的java.lang.class对象。

jvm提供了3种类加载器：

• bootstrap  classloader ：根加载器，也叫做引导类加载器、原始类加载器，负责加载jdk中的核心类，这些核心类很多都是jvm运行所需要的，是jvm本身的一部分。根加载器是使用c++写的，不是继承自java.lang.classloader，不能直接引用。
• extension  classloader ：扩展类加载器，负责加载jdk中的扩展类（非核心类），由java编写，继承自classloader
• system  classloader：系统类加载器，负责加载第三方的jar包、我们自己写的类，由java编写，继承自classloader

 

我们可以继承classloader类来自定义类加载器。classloader类的常用方法：

• loadclass(string name,boolean resolve)    //根据名称来加载类，返回对应的java.lang.class对象
• findclass(string name)     //根据名称来查找类

 

加载顺序：根加载器、扩展加载器、系统加载器、自定义的类加载器

 

jvm的类加载机制主要有3种：

• 全盘负责。使用一个类加载器加载某个类时，这个类所依赖、引用的类也都由此类加载器加载。
• 父类委托。先使用父类加载器来加载该类，如果父类加载器加载不了，才使用自身来加载。
• 缓存机制。jvm会缓存所有加载过的class，当程序要使用某个类时，类加载器先在缓存中搜索是否有该class，有就直接使用，不再加载，没有才加载。所以运行程序过后，如果修改了某个要使用的类，需要重启jvm才会生效，不然使用的是之前缓存的class。

 

加载的大致步骤：

 

如果父类加载器不存在，说明当前加载器是根加载器，那就用根加载器来加载。

加载时，会找到此类对应的.class文件，根据.class文件来创建class对象，创建成功就返回class对象，创建失败则进行下一步处理，如果没有下一步处理，则抛出classnotfoundexception，因为默认代码是没问题的，加载失败是因为.class文件没有找到。

 

加载后，生成的class对象用全类名唯一标识。

一个类只加载一次，因为第一次加载此类过后缓存中会有此类的class对象，以后加载此类时直接从缓存中获取class对象，不再重新加载。

类加载是按需加载，程序要使用此类时才会加载。

类加载会自动加载依赖、引用的其他类，比如父类。

 

 

 

2、连接

加载获得的class对象是二进制数据，连接是把class对象合并到jre中（把class对象连接到jre）。jre即java runtime environment，java运行时环境。

连接分为3个阶段：

• 验证：检验被加载的类的内部结构是否正确、和其他类是否协调一致
• 准备：为类的成员变量分配内存，并设置默认的初始值
• 解析：将类的二进制数据（class对象）中的符号引用替换为直接引用

class对象是加载时生成的，此时class对象中的成员变量还没分配内存，不知道该成员变量在内存中的地址，只能用符号来暂时表示该成员变量在内存中的地址。

准备阶段给成员变量分配内存以后，有了内存地址，下一步自然就是用内存地址（直接引用）替换掉这些符号。

 

 

 

3、初始化

初始化指的是：jvm对类进行初始化。注意是对类进行初始化，不是对类的对象进行初始化，所以类初始化只执行stati成员（类所有），不初始化普通成员变量。

初始化执行的static成员包括：

• 设置了初始值的static成员变量，比如 private static int a=1;
• 静态代码块static{ //...... }

如果某个static成员变量使用了final修饰，并且设置了初始值（常量），则在编译时就能确定这个final static成员变量的值，编译时会用其值（常量）来替换所有出现这个final static成员变量的地方，这个final static成员变量相当于常量。类初始化时不再初始化这个final static成员变量。

 

 

 

jvm加载|初始化一个类的完整步骤：

• 如果缓存中没有这个类的class对象（没有被加载过），则先加载、连接这个类。
• 如果这个类的直接父类还没有被初始化，则先初始化这个类的直接父类（会递归初始化所有祖先类）。
• 如果这个类中有初始化语句（赋了初值的静态成员变量、静态代码块），则依次执行这些初始化语句。

当jvm初始化一个类时，会保证这个类的所有父类（直接父类+间接父类）都已经初始化了，因为要从父类继承成员，如果不先初始化父类，那继承什么？所以jvm最先初始化的总是java.lang.object类。

 

类加载|初始化并不局限于类，还包括接口。

 

 

 

 

jvm加载|初始化一个类的时机（jvm什么时候加载|初始化一个类）：

• 创建类的实例。包括通过new来创建、通过反射来创建、通过反序列化来创建。
• 通过类名直接调用类的静态成员
• 要初始化这个类的子类之前
• 通过java.exe来运行某个主类，jvm会先初始化这个主类，再执行这个主类

 

通过反射可以创建对象（类的实例）：

1 class<?> studentclass = class.forname("test.student");  //必须写成全类名
2         constructor<?> constructor = studentclass.getconstructor(int.class, string.class, int.class, int.class);
3         object obj = constructor.newinstance(1, "chy", 20, 100);
4         student student = (student) obj;

第一句 class.forname("test.student") 就是加载、初始化指定的类，返回指定类的class对象。因为可能多个包下都有这个类，所以必须写成全类名，唯一标识这个类。

 

类的加载、初始化只是把类（.class文件）装入内存，生成一个class对象，这个class对象具有此类的实例的公共部分（因为初始化了static成员），普通成员变量也都分配了内存，设置为该种数据类型的默认值。这个class对象相当于这个类的实例的模板，jvm用这个模板来生产类的实例。

 

并不是说加载、初始化类之后，就得到了这个类的对象，初始化的是类，不是这个类的某个对象。

 

 

 

 

jvm创建对象的过程

以 new student(1，"chy", 20, 100) 的执行过程为例：

1、加载|初始化student类，得到student的class对象

class.forname("test.student");   //返回class对象

 

 

2、根据实参表的数据类型，通过class对象获取对应的构造器

class对象.getconstructor(int.class, string.class, int.class, int.class);   //返回构造器

jvm中并没有什么int类、string类，jvm中存在的是这些类的class对象，所以要写成.class的形式，表示这个类的class对象。

 

 

3、使用获取到的构造器，传入实参值，创建类的实例

构造器.newinstance(1, "chy", 20, 100);   //返回student类的实例