JVM学习笔记3:类加载

知识点

  • 基本步骤:经过加载、链接以及初始化三大步骤。其中,链接过程中同样需要验证;而内存中的类没有经过初始化,同样不能使用。
  • 引用类型与CLR基本一致,泛型会被编译为特定类型的代码。类和接口是字节码。数组类是由 Java 虚拟机直接生成的,这个似乎没有CLR中对标的东西。
  • 加载用的字节流可以来自java编译后的class,也可以是网络比如网页中内嵌的小程序 Java applet。字节流我理解就是IL,而且从结果看也确实就是这个东西。

结论

  • 加载器通加载字节流创建类
  • 链接过程是把类合并到JVM,验证和准备是必须的,解析不是必须的。解析是一个符号引用到对象引用的转换过程。
  • 初始化只执行一次,干两件事:
    • 常来字段赋值
    • 调用clinit函数

加载

  • 通过类加载器来查找字节流

启动类加载器(boot class loader):启动类加载器是由 C++ 实现的,没有对应的 Java 对象,因此在 Java 中只能用 null 来指代。

除了启动类加载器之外,其他的类加载器都是 java.lang.ClassLoader 的子类,因此有对应的 Java 对象。这些类加载器需要先由另一个类加载器,比如说启动类加载器,加载至 Java 虚拟机中,方能执行类加载。

双亲委派模型:每当一个类加载器接收到加载请求时,它会先将请求转发给父类加载器。在父类加载器没有找到所请求的类的情况下,该类加载器才会尝试去加载。

  • C++启动一个java的加载器,然后java内部开始自加载,没毛病。

在 Java 9 之前,启动类加载器负责加载最为基础、最为重要的类,比如存放在 JRE 的 lib 目录下 jar 包中的类(以及由虚拟机参数 -Xbootclasspath 指定的类)。除了启动类加载器之外,另外两个重要的类加载器是扩展类加载器(extension class loader)和应用类加载器(application class loader),均由 Java 核心类库提供。

扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器。它负责加载相对次要、但又通用的类,比如存放在 JRE 的 lib/ext 目录下 jar 包中的类(以及由系统变量 java.ext.dirs 指定的类)。

应用类加载器的父类加载器则是扩展类加载器。它负责加载应用程序路径下的类。(这里的应用程序路径,便是指虚拟机参数 -cp/-classpath、系统变量 java.class.path 或环境变量 CLASSPATH 所指定的路径。)默认情况下,应用程序中包含的类便是由应用类加载器加载的。

Java 9 引入了模块系统,并且略微更改了上述的类加载器1。扩展类加载器被改名为平台类加载器(platform class loader)。Java SE 中除了少数几个关键模块,比如说 java.base 是由启动类加载器加载之外,其他的模块均由平台类加载器所加载。

  • 支持自定义的类加载器

在 Java 虚拟机中,类的唯一性是由类加载器实例以及类的全名一同确定的。即便是同一串字节流,经由不同的类加载器加载,也会得到两个不同的类。在大型应用中,我们往往借助这一特性,来运行同一个类的不同版本。

  • opps!

链接

  • 是指将创建成的类合并至 Java 虚拟机中,使之能够执行的过程。它可分为验证、准备以及解析三个阶段。
  • 验证阶段的目的,在于确保被加载类能够满足 Java 虚拟机的约束条件。
  • 准备阶段的目的,则是为被加载类的静态字段分配内存。Java 代码中对静态字段的具体初始化,则会在稍后的初始化阶段中进行。
  • 除了分配内存外,部分 Java 虚拟机还会在此阶段构造其他跟类层次相关的数据结构,比如说用来实现虚方法的动态绑定的方法表。
  • 当一个class文件没有被加载到JVM之前,使用它其中内容的字节码实际使用的是一个符号引用,这个是有编译器生成的,包含目标方法所在类的名字、目标方法的名字、接收参数类型以及返回值类型的符号引用,来指代所要调用的方法。
  • 解析阶段正是将这些符号引用解析成为实际引用。如果符号引用指向一个未被加载的类,或者未被加载类的字段或方法,那么解析将触发这个类的加载(但未必触发这个类的链接以及初始化。)
  • Java 虚拟机规范并没有要求在链接过程中完成解析。它仅规定了:如果某些字节码使用了符号引用,那么在执行这些字节码之前,需要完成对这些符号引用的解析。

初始化

  • 在 Java 代码中,如果要初始化一个静态字段,我们可以在声明时直接赋值,也可以在静态代码块中对其赋值。
  • 如果直接赋值的静态字段被 final所修饰,并且它的类型是基本类型或字符串时,那么该字段便会被 Java 编译器标记成常量值(ConstantValue),是虚拟机来初始化。其它的静态变量是一个名为clinit的函数来初始化。
  • 类加载的最后一步是初始化,便是为标记为常量值的字段赋值,以及执行 < clinit > 方法的过程。Java 虚拟机会通过加锁来确保类的 < clinit > 方法仅被执行一次。
  • 类的初始化何时会被触发呢?JVM 规范枚举了下述多种触发情况:
    • 当虚拟机启动时,初始化用户指定的主类;
    • 当遇到用以新建目标类实例的 new 指令时,初始化 new 指令的目标类;
    • 当遇到调用静态方法的指令时,初始化该静态方法所在的类;
    • 当遇到访问静态字段的指令时,初始化该静态字段所在的类;
    • 子类的初始化会触发父类的初始化;
    • 如果一个接口定义了 default方法,那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化,会触发该接口的初始化;
    • 使用反射 API 对某个类进行反射调用时,初始化这个类;
    • 当初次调用 MethodHandle 实例时,初始化该 MethodHandle 指向的方法所在的类。
# Java
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