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
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