JVM類載入過程詳細分析
雙親委派載入模型
為什麼需要雙親委派載入模型
主要是為了安全，避免使用者惡意載入破壞JVM正常執行的位元組碼檔案，比如說載入一個自己寫的java.util.HashMap.class。這樣就有可能造成包衝突問題。
類載入器種類
- 啟動類載入器：用於載入
jdk中rt.jar的位元組碼檔案 - 擴充套件類載入器：用於載入
jdk中/jre/lib/ext資料夾下的位元組碼檔案 - 應用程式類載入器：載入
classPath下的位元組碼檔案 - 自定義類載入器：使用者在程式中自己定義的載入器
原始碼分析
1、ClassLoader.loadClass()
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { // 加鎖 synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // First, check if the class has already been loaded Class<?> c = findLoadedClass(name); // 如果這個Class物件還沒有被載入，下面就準備載入 if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { // 檢視當前類載入器有沒有父類載入器 if (parent != null) { // 父類載入器來載入位元組碼檔案 c = parent.loadClass(name, false); } else { c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { // ClassNotFoundException thrown if class not found // from the non-null parent class loader } // 如果父類載入器也沒有載入這個Class物件，就由自己來載入 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 stats sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0); sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1); sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment(); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; } }
不遵守雙親委派載入模型的例子
雙親委派載入模型僅僅是一個約定，後面實現類載入器時，是可以不遵守這個約定。ClassLoader是在JDK1.0的時候就設計好的，而雙親委派載入模型在JDK1.2引入的。所以，有些機制是沒有遵守這個約定的。比如：Service Provider Interface機制的JDBC就沒有遵守這個約定。
1、為什麼JDBC無法遵守這個約定？
JDBC是SPI機制的一個例子，JDK定義了java.sql.Connection核心介面，後續MySQL、Oracle為其提供實現類。在執行中是通過java.sql.DriverManager來獲取指定實現類的例項。這裡需要明白三個問題：
java.sql.DriverManager是在rt.jar中，由核心類載入器載入的；- 第三方所提供
Collection的實現類都是在classpath中； - 類中方法想載入新的位元組碼檔案時，其初始類載入器就是當前這個類的定義類載入器；
也就是說當JVM在java.sql.DriverManager類的getConnection()方法中獲取Collection實現類的位元組碼時，當前類的定義類載入器是啟動類載入器，而按照約定啟動類載入器是不允許載入classpath下的位元組碼。所以，JDBC就無法遵守這個約定。
2、JDBC是如何解決上面的問題的？
為了解決這個，java線上程中放入一個類載入器Thread.currentThread().getContextClassLoader()
classpath包下的位元組碼檔案，只需要設定當前執行緒的類載入器為應用程式類載入器即可。
JVM類載入過程
JVM本質的工作就是讀取位元組碼檔案、執行位元組碼檔案中的指令。其中JVM將讀取位元組碼檔案的過程稱為JVM類載入過程。
JVM讀取的位元組碼檔案將放在方法區裡；
JVM類載入機制分為五個部分：載入、驗證、準備、解析、初始化。如下圖所示：
一、Loading：載入
這一步是將JVM外的位元組碼檔案載入到JVM內部方法區中的Class物件。
JVM可以通過幾種方式來載入外部的位元組碼檔案？
- 從本地讀位元組碼檔案；
- 從網路讀取位元組碼檔案；
- 通過動態生成的位元組碼檔案；
初始類載入器和定義類載入器
由於雙親委派載入模型的存在，一個Class物件的初始類載入器initiating class loader和定義類載入器defining class loader有可能不是同一個。
- 初始類載入器：它是指讓
JVM載入這個位元組碼檔案 - 定義類載入器：它是真正呼叫
defineClass方法，將位元組碼轉換成Class物件
java在判斷instanceof時，只有類名、defining class loader都相等，才表示是同一個類的例項。
Class.getClassLoader()得到的是定義類載入器
相關實驗程式碼
1、驗證使用不同ClassLoader載入位元組碼檔案
// 這種方法是不遵守雙親委派載入模型的約定
public class ClassLoaderLoading {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
// 這個Class物件是由當前方法的類載入器載入
Class c1 = MiniJVM.class;
Class c2 = new MyClassLoader().loadClass("com.github.hcsp.MiniJVM");
// 使用c2建立一個MiniJVM例項
Object o = c2.getConstructor().newInstance();
System.out.println(o instanceof MiniJVM);
MiniJVM demo = (MiniJVM) o;
}
private static class MyClassLoader extends ClassLoader {
@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
if (name.contains("MiniJVM")) {
try {
byte[] bytes = Files.readAllBytes(new File("target/classes/com/github/hcsp/MiniJVM.class").toPath());
return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
} else {
return super.loadClass(name);
}
}
}
}
2、實現一個遵守雙親委派載入模型的類載入器
public class ClassLoaderLoading {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class c1 = MiniJVM.class;
Class c2 = new MyClassLoader(ClassLoader.getSystemClassLoader()).loadClass("com.github.hcsp.MiniJVM");
System.out.println("c2 = " + c2);
}
private static class MyClassLoader extends ClassLoader {
public MyClassLoader(ClassLoader systemClassLoader) {
super(systemClassLoader);
}
@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
// 載入你想讓這個類載入器載入的位元組碼檔案
if (name.contains("MiniJVM")) {
try {
byte[] bytes = Files.readAllBytes(new File("target/classes/com/github/hcsp/MiniJVM.class").toPath());
return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
} else {
// 其他的位元組碼檔案交由父類載入器載入
return super.loadClass(name);
}
}
}
}
二、Linking：連結
當一個.java檔案編譯成.class檔案時，裡面含有一個符號引用，比如/java/utils/HashMap。Linking是指將這符號引用與具體的class物件連結起來。
每個位元組碼結構都有一個執行時常量池，它會儲存每個符號引用和所對應的具體物件，以此實現連結。
Verification：驗證位元組碼的正確性Preparation：為static成員賦預設初始值Resolution：解析當前位元組碼裡包含的其他符號引用
三、Initializing
執行初始化方法。比如下面的四個虛擬機器指令：new、getstatic、putstatic、invokestatic
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