JVM總括四-類載入過程、雙親委派模型、物件例項化過程

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一、 類載入過程

類載入過程就是將.class檔案轉化為Class物件，類例項化的過程，（User user = new User(); 這個過程是物件例項化的過程）;

一個.class檔案只有一個Class物件（位元組碼物件），可以有無數個物件（例如：new User();）;

1、Load：

　　將編譯後的.class檔案以二進位制流的方式載入到JVM記憶體中，並轉化為特定的資料結構，用到的就是classLoad二類載入器。這個過程中校驗cafe babe魔法數、常量池、檔案長度

2、Link：

　　分為驗證、準備、解析三步。

　　驗證：更為詳細的驗證，比如：final是否規範（二次賦值不規範）、static是否合理（靜態方法必須引用靜態變數）、型別是否正確。

　　準備：靜態變數分配記憶體並設定預設值（靜態變數不賦值是有個預設值得），這個過程沒有物件例項化。

　　解析：把類中的符號引用轉化為直接引用，完成記憶體結構佈局。（符號引用轉化為直接引用：例如：test1() { test2(); }，這裡test1呼叫test2方法就是符號引用，但實際test2()通過一個指標指向test2方法的記憶體地址，這個指標負責呼叫，它就是直接引用）。

3、Init：

　　執行類構造器<clinit>，執行靜態程式碼塊，為靜態變數賦予正確的初始值，遞迴初始化父類，不執行建構函式。（先執行靜態程式碼塊，再執行靜態變數）。

任何小寫的class定義的類都有一個魔法屬性：class，

int j;
Class<Integer> integerClass = int.class;
Class<Integer> integerClass1 = Integer.class;

二、類載入的原則：雙親委派模型

　　類載入是怎麼確定類檔案的位置呢？

　　1、Bootstrap：最高階的類載入器，裝置最核心的類，如：Object、System、String；

　　2、Extension ClassLoader：JDK9之前的類載入器，以後的為Platform ClassLoader，載入系統的擴充套件類；

　　3、Application ClassLoader：應用類載入器，主要載入使用者自定義CLASSPATH路徑下的類。

類載入器並非繼承關係，只是以組合的方式服用父載入器功能，符合優先原則。

其中第二、第三層為java實現，使用者可以自定義類載入器，第三層為C++實現，所有為null：

ClassLoader classLoader = Son.class.getClassLoader();
ClassLoader parent = classLoader.getParent();
ClassLoader parent1 = parent.getParent();
System.out.println(classLoader);
System.out.println(parent);
System.out.println(parent1);

-----------------------------------
[email protected]
[email protected]
null

獲取Bootstrap載入的類庫：

URLClassPath bootstrapClassPath = Launcher.getBootstrapClassPath();
URL[] urLs = bootstrapClassPath.getURLs();
for (URL url : urLs){
     System.out.println(url.toExternalForm());
}
---------------------------------------------------------
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/resources.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/rt.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/jce.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/classes

Bootstrap載入的路徑可以追加，在JVM增加啟動引數，不過不建議修改：

Xbootclasspath/D:/test/src

 自定義類載入器的情況：

1、隔離載入類：框架中吧類載入到不同的環境中

2、修改類載入方式：除了Bootstrap,其他類並非一定要加入。

3、擴充套件載入源：比如載入資料庫；

4、防止原始碼洩露：可以對類進行加密，那載入的時候需要自定義載入器對類進行解密載入。

自定義ClassLoder，繼承ClassLoader，重寫findClass()，呼叫defineClass():

public class UserClassLoader extends ClassLoader {

    private String classpath;

    public UserClassLoader(String classpath) {
        this.classpath = classpath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte [] classDate=getDate(name);
            if(classDate==null){
                throw new FileNotFoundException();
            }
            else{
                //defineClass方法將位元組碼轉化為類
                return defineClass(name,classDate,0,classDate.length);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return super.findClass(name);
    }
    //返回類的位元組碼
    private byte[] getDate(String className) throws IOException{
        InputStream in = null;
        ByteArrayOutputStream out = null;
        String path=classpath + File.separatorChar +className.replace('.',File.separatorChar)+".class";
        try {
            in=new FileInputStream(path);
            out=new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer=new byte[2048];
            int len=0;
            while((len=in.read(buffer))!=-1){
                out.write(buffer,0,len);
            }
            return out.toByteArray();
        }
        catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            in.close();
            out.close();
        }
        return null;
    }

}

呼叫，其中D:\\wp目錄下為.class檔案，裡面有個Son.class

//自定義類載入器的載入路徑
UserClassLoader myClassLoader=new UserClassLoader("D:\\wp");
//包名+類名
Class sonClass=myClassLoader.loadClass("com.Son");

if(sonClass!=null){
    Object obj=sonClass.newInstance();
    System.out.println(sonClass.getClassLoader().toString());
}

三、物件例項化

從位元組碼、執行步驟兩個方面分析

1、位元組碼方面：

　　Object object = new Object();，通過javap -verbose -p檢視物件建立的位元組碼指令：

　　（1）new：如果找不到Class物件就進行類載入，然後分配記憶體（本類路徑上所有的屬性都分配），其中物件的引用也是個變數也佔記憶體（4個位元組），這個指令執行完畢會把物件的壓入虛擬機器棧頂。

　　（2）dup：在棧頂複雜引用，如果<init>有引數，把引數壓入操作棧，兩個引用，壓入棧底的用來賦值或儲存到區域性變量表中，棧頂引用作為控制代碼呼叫相關方法。

　　（3）invokespecial：呼叫物件例項化方法，通過棧頂方法呼叫<init>方法（也就是呼叫構造方法）。

2、執行步驟

　　（1）確認類元資訊是否存在：接到new指令時，在metaspace檢查類元資訊是否存在，沒有就在雙親委派模式下進行類載入，生成Class物件。

　　（2）分配物件記憶體：首先計算物件佔用空間大小（成員變數是引用變數就分配4個位元組大小的變數空間），在堆中劃分記憶體空間給新物件（分配空間需要進行同步操作，如：cas）。

　　（3）設定預設值：成員變數設定不同形式的0值；

　　（4）設定物件頭：設定物件的雜湊碼、鎖資訊、物件所屬的類元資訊，設定取決於JVM。

　　（5）執行init方法：初始化成員變數，執行程式碼塊，呼叫類的構造方法，把堆物件首地址賦值給引用變數。

 四、思考：ClassLoader.loadClasshe和Class.forName區別

1 //1
2 Class<Son> sonClass = Son.class;
3 //2
4 Class<?> aClass = Maint.class.getClassLoader().loadClass("com.Son");
5 //3
6 Class<?> bClass = Class.forName("com.Son");

程式碼2：

        其實這種方法調運的是：ClassLoader.loadClass(name, false)方法
        引數一：name,需要載入的類的名稱
        引數二：false，這個類載入以後是否需要去連線（不需要linking）

程式碼:3：
        其實這種方法調運的是：Class.forName(className, true, ClassLoader.getCallerClassLoader())方法
        引數一：className，需要載入的類的名稱。
        引數二：true，是否對class進行初始化（需要initialize）
        引數三：classLoader，對應的類載入器

其中1、2都是將.class檔案載入到JVM中，得到Class物件，但是還沒有連線（Link），靜態程式碼塊不會執行；
程式碼3得到Class物件並且已經完成初始化<clinit>，靜態程式碼塊會執行。（ Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");//通過這種方式將驅動註冊到驅動管理器上）。

1、2、3都不會執行物件的建構函式。

 五、思考：<clinit>和<init>區別

<clinit>是類（Class）初始化執行的方法，<init>是物件初始化執行的方法（建構函式）；

 詳情見：JVM思考-init和clinit區別