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1. 类加载运行全过程
当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时#xff0c;首先需要通过类加载器把主类加载到JVM。
public class Math {public static final int initData 666;public static User user new User();public i…上一篇JVM虚拟机调优大全
1. 类加载运行全过程
当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时首先需要通过类加载器把主类加载到JVM。
public class Math {public static final int initData 666;public static User user new User();public int compute() { //一个方法对应一块栈帧内存区域int a 1;int b 2;int c (a b) * 10;return c;}public static void main(String[] args) {Math math new Math();math.compute();}
}通过Java命令执行代码的大体流程如下 其中loadClass的类加载过程有如下几步 加载 验证 准备 解析 初始化 使用 卸载
加载在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件使用到类时才会加载例如调用类的main()方法new对象等等在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象作为方法区这个类的各种数据的访问入口验证校验字节码文件的正确性 v准备给类的静态变量分配内存并赋予默认值解析将符号引用替换为直接引用该阶段会把一些静态方法(符号引用比如main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)这是所谓的静态链接过程(类加载期间完成)动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用下节课会讲到动态链接初始化对类的静态变量初始化为指定的值执行静态代码块 类被加载到方法区中后主要包含 运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用、对应class实例的引用等信息。 类加载器的引用 这个类到类加载器实例的引用 对应class实例的引用 类加载器在加载类信息放到方法区中后会创建一个对应的Class 类型的对象实例放到堆(Heap)中, 作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。
注意主类在运行过程中如果使用到其它类会逐步加载这些类。 jar包或war包里的类不是一次性全部加载的是使用到时才加载。
public class TestDynamicLoad {static {System.out.println(*************load TestDynamicLoad************);}public static void main(String[] args) {new A();System.out.println(*************load test************);B b null; //B不会加载除非这里执行 new B()}
}class A {static {System.out.println(*************load A************);}public A() {System.out.println(*************initial A************);}
}class B {static {System.out.println(*************load B************);}public B() {System.out.println(*************initial B************);}
}
运行结果
*************load TestDynamicLoad************
*************load A************
*************initial A************
*************load test************2. 类加载器
上面的类加载过程主要是通过类加载器来实现的Java里有如下几种类加载器
引导类加载器 负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库比如rt.jar、charsets.jar等扩展类加载器 负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包应用程序类加载器 负责加载ClassPath路径下的类包主要就是加载你自己写的那些类自定义加载器 负责加载用户自定义路径下的类包
看一个类加载器示例
public class TestJDKClassLoader {public static void main(String[] args) {System.out.println(String.class.getClassLoader());System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());System.out.println();ClassLoader appClassLoader ClassLoader.getSystemClassLoader();ClassLoader extClassloader appClassLoader.getParent();ClassLoader bootstrapLoader extClassloader.getParent();System.out.println(the bootstrapLoader : bootstrapLoader);System.out.println(the extClassloader : extClassloader);System.out.println(the appClassLoader : appClassLoader);System.out.println();System.out.println(bootstrapLoader加载以下文件);URL[] urls Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();for (int i 0; i urls.length; i) {System.out.println(urls[i]);}System.out.println();System.out.println(extClassloader加载以下文件);System.out.println(System.getProperty(java.ext.dirs));System.out.println();System.out.println(appClassLoader加载以下文件);System.out.println(System.getProperty(java.class.path));}
}
运行结果
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoaderthe bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader3764951d
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader14dad5dcbootstrapLoader加载以下文件
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/lib/resources.jar
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/lib/rt.jar
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/lib/jce.jar
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/dev/Java/jdk1.8.0_45/jre/classesextClassloader加载以下文件
D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\extappClassLoader加载以下文件
D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\charsets.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\deploy.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\javaws.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\jce.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\jfr.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\jfxswt.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\jsse.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\management-agent.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\plugin.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\resources.jar;D:\dev\Java\jdk1.8.0_45\jre\lib\rt.jar;D:\ideaProjects\project-all\target\classes;C:\Users\zhuge\.m2\repository\org\apache\zookeeper\zookeeper\3.4.12\zookeeper-3.4.12.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\org\slf4j\slf4j-api\1.7.25\slf4j-api-1.7.25.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\org\slf4j\slf4j-log4j12\1.7.25\slf4j-log4j12-1.7.25.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\log4j\log4j\1.2.17\log4j-1.2.17.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\jline\jline\0.9.94\jline-0.9.94.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\org\apache\yetus\audience-annotations\0.5.0\audience-annotations-0.5.0.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\io\netty\netty\3.10.6.Final\netty-3.10.6.Final.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\com\google\guava\guava\22.0\guava-22.0.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\com\google\code\findbugs\jsr305\1.3.9\jsr305-1.3.9.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\com\google\errorprone\error_prone_annotations\2.0.18\error_prone_annotations-2.0.18.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\com\google\j2objc\j2objc-annotations\1.1\j2objc-annotations-1.1.jar;C:\Users\zhuge\.m2\repository\org\codehaus\mojo\animal-sniffer-annotations\1.14\animal-sniffer-annotations-1.14.jar;D:\dev\IntelliJ IDEA 2018.3.2\lib\idea_rt.jar2.1 类加载器初始化过程
参见类运行加载全过程图可知其中会创建JVM启动器实例sun.misc.Launcher。 在Launcher构造方法内部其创建了两个类加载器分别是sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)和sun.misc.Launcher.AppClassLoader(应用类加载器)。 JVM默认使用Launcher的getClassLoader()方法返回的类加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序。
//Launcher的构造方法
public Launcher() {Launcher.ExtClassLoader var1;try {//构造扩展类加载器在构造的过程中将其父加载器设置为nullvar1 Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();} catch (IOException var10) {throw new InternalError(Could not create extension class loader, var10);}try {//构造应用类加载器在构造的过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader//Launcher的loader属性值是AppClassLoader我们一般都是用这个类加载器来加载我们自己写的应用程序this.loader Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);} catch (IOException var9) {throw new InternalError(Could not create application class loader, var9);}Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);String var2 System.getProperty(java.security.manager);。。。 。。。 //省略一些不需关注代码}3. 双亲委派机制
JVM类加载器是有亲子层级结构的如下图 这里类加载其实就有一个双亲委派机制加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类找不到再委托上层父加载器加载如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。 比如我们的Math类最先会找应用程序类加载器加载应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载扩展类加载器再委托引导类加载器顶层引导类加载器在自己的类加载路径里找了半天没找到Math类则向下退回加载Math类的请求扩展类加载器收到回复就自己加载在自己的类加载路径里找了半天也没找到Math类又向下退回Math类的加载请求给应用程序类加载器应用程序类加载器于是在自己的类加载路径里找Math类结果找到了就自己加载了。
双亲委派机制说简单点就是先找父亲加载不行再由儿子自己加载。
我们来看下应用程序类加载器AppClassLoader加载类的双亲委派机制源码AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法该方法的大体逻辑如下
首先检查一下指定名称的类是否已经加载过如果加载过了就不需要再加载直接返回。 如果此类没有加载过那么再判断一下是否有父加载器如果有父加载器则由父加载器加载即2. 调用parent.loadClass(name, false);.或者是调用bootstrap类加载器来加载。如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。
//ClassLoader的loadClass方法里面实现了双亲委派机制
protected Class? loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException
{synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// 检查当前类加载器是否已经加载了该类Class? c findLoadedClass(name);if (c null) {long t0 System.nanoTime();try {if (parent ! null) { //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类c parent.loadClass(name, false);} else { //如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类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();//都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类c findClass(name);// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) { //不会执行resolveClass(c);}return c;}
}为什么要设计双亲委派机制
沙箱安全机制 自己写的java.lang.String.class类不会被加载这样便可以防止核心API库被随意篡改避免类的重复加载 当父亲已经加载了该类时就没有必要子ClassLoader再加载一次保证被加载类的唯一性
看一个类加载示例
package java.lang;public class String {public static void main(String[] args) {System.out.println(**************My String Class**************);}
}运行结果
错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application4. 全盘负责委托机制
“全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时除非显示的使用另外一个ClassLoder该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入。
自定义类加载器示例 自定义类加载器只需要继承 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findClass方法。
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);//defineClass将一个字节数组转为Class对象这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。return defineClass(name, data, 0, data.length);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();throw new ClassNotFoundException();}}}public static void main(String args[]) throws Exception {//初始化自定义类加载器会先初始化父类ClassLoader其中会把自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoaderMyClassLoader classLoader new MyClassLoader(D:/test);//D盘创建 test/com/tuling/jvm 几级目录将User类的复制类User1.class丢入该目录Class clazz classLoader.loadClass(com.tuling.jvm.User1);Object obj clazz.newInstance();Method method clazz.getDeclaredMethod(sout, null);method.invoke(obj, null);System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());}
}运行结果
自己的加载器加载类调用方法
com.gwx.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader5. 打破双亲委派机制
再来一个沙箱安全机制示例尝试打破双亲委派机制用自定义类加载器加载我们自己实现的 java.lang.String.class
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();}}/*** 重写类加载方法实现自己的加载逻辑不委派给双亲加载* param name* param resolve* return* throws ClassNotFoundException*/protected Class? loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException {synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loadedClass? c findLoadedClass(name);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 statssun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}}}public static void main(String args[]) throws Exception {MyClassLoader classLoader new MyClassLoader(D:/test);//尝试用自己改写类加载机制去加载自己写的java.lang.String.classClass clazz classLoader.loadClass(java.lang.String);Object obj clazz.newInstance();Method method clazz.getDeclaredMethod(sout, null);method.invoke(obj, null);System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());}
}
运行结果
java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.langat java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:659)at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:758)下一篇02-Tomcat打破双亲委派机制
