JVM类加载机制

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介绍

介绍JVM类加载机制。类加载机制生命周期：

一、加载class文件到内存步骤

第一步：加载

加载需要做三件事情：

  1. 这个文件在哪个位置？是jar包还是class文件（格式）？

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    java TestClass
    java -jar

    获取二进制字节流。

  2. 静态存储结构转化为方法区运行时数据结构

  3. 在java堆中生成一个Class对象，相对于一个句柄，去访问方法区

第二步：验证

  1. 验证Class文件的标识：魔数Magic Number
  2. 验证Class文件版本号
  3. 验证常量池
    • 常量类型（14个）
    • 常量类型数据结构是否正确
    • UTF8是否符合标准
  4. Class文件的每个部分（字段表、方法表等）是否正确
  5. 元数据验证
    • final的验证
    • 父类验证
    • 继承验证
  6. 字节码验证
    • 指令验证
  7. 符号引用验证
    • 通过符号引用是否能够找到字段、方法、类

第三步：准备

为类变量分配内存病区设置类变量的初始化阶段。只对static类变量进行内存分配。

  • 类变量：一般称为静态变量
  • 实例变量：当对象被实例化的时候，实例变量就跟着确定，随着对象销毁而销毁
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static int n = 2;
//初始化值是0，而不是2.因为这个时候还没执行任何java方法（<clinit>）

static final int n = 2;
//这个对应到常量池，ConstantValue，在准备阶段n必须被赋值为2

第四步：解析

队符号引用进行解析。把符号引用指向直接引用。

  • 直接引用：指向目标的指针，或者一个偏移量
  • 符号引用：以字面量形式定义在常量池中

主要涉及：

  • 类
  • 接口
  • 字段
  • 方法（接口方法、类方法）
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CONSTANT_Class_info
CONSTANT_Fieldref_info
CONSTANT_Methodref_info
CONSTANT_InterfaceMethodref_info
CONSTANT_MethodType_info
CONSTANT_MethodHandler_info（方法虚表：vtable，接口虚表：itable）
CONSTANT_InvokeDynamic_info

匹配规则：简单名字+描述符，同时满足。

  1. 字段解析

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    class A extends B implements C,D {
        private String str; //字段的解析
    }

    解析字段的顺序：A--->C,D--->B--->Object。

    • 在本类中去找有没有匹配的字段，找到则返回
    • 如果类有接口，往上层接口找匹配的字段，没有则下一步
    • 搜索父类查找有没有匹配的字段
    • 最后是到Object基类查找
    • 如果没找到：java.lang.NoSuchFieldError。
    • 如果找到了，但是没有权限（private）：java.lang.IllegalAccessError

  2. 类方法解析

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    class A extends B implements C,D {
        private void inc(); //方法的解析
    }

    方法解析顺序：A—>B—>C,D—>Object`。

    • 在本类中去找有没有匹配的方法
    • 父类中去找匹配的方法
    • 接口列表中去找匹配的方法
    • 如果没找到：java.lang.NoSuchMethodError
    • 如果找到了，但是没有权限（private）：java.lang.IllegalAccessError

  3. 接口方法解析

    • 在本类中查找有没有匹配的方法，找到则返回
    • 父类接口递归查找
    • 如果没找到：java.lang.NoSuchMethodError
    • 接口都是public，不需要进行权限检查

第五步：初始化

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//<init>：类的实例构造器，类的初始化
//<clinit>：静态变量，静态块的初始化，没有静态变量和静态块，则没有该初始化逻辑

class A {
    static int i = 2; //<clinit>
    static { //<clinit>
        System.out.println("");
    }
    int n; //<init>
}

第六步：使用

第七步：卸载

二、类加载器

机制：双亲委派，目的：安全

  1. 父类加载的不给子类加载
  2. 一个类只能加载一次

三、双亲委派模式

为什么需要双亲委任？

黑客自定义一个java.util.List类，该List类具有系统的List类一样的功能，只是在某个函数稍做修改。这个函数经常使用，假如在这个函数中植入一些“病毒代码”，并且通过自定义类加载器加入JVM中。

四、自定义类加载器

自定义类加载器打破双亲委任模式。

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public class CustomizeClassLoader {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        // 自定义类加载器
        ClassLoader loader = new ClassLoader() {
            @Override
            public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try {
                    String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
                    InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                    if (is == null) {
                        return super.loadClass(name);
                    }

                    byte[] b = new byte[is.available()];
                    is.read(b);
                    return defineClass(name, b, 0, b.length);
                } catch (IOException e) {
                    throw  new ClassNotFoundException();
                }
            }
        };

        String className = "com.example.dodd.jvm.CustomizeClassLoader";
        Object o1 = CustomizeClassLoader.class.getClassLoader().loadClass(className).newInstance();
        Object o2 = loader.loadClass(className).newInstance();

        System.out.println(o1 == o2);
        System.out.println(o1.equals(o2));
        // 判断两个对象相不相等，最重要的条件是不是一个类加载器
        System.out.println(o1 instanceof CustomizeClassLoader);
        System.out.println(o2 instanceof CustomizeClassLoader);

        System.out.println(o1.getClass().getClassLoader());
        System.out.println(o2.getClass().getClassLoader());
    }
}

// false
// false
// true
// false
// sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
// com.example.dodd.jvm.CustomizeClassLoader$1@2f2c9b19