概述
类从被加载到JVM开始,到卸载出内存,整个生命周期如下
加载
查找并加载类文件的二进制数据
类加载要完成的功能
- 通过类的全限定名来获取该类的二进制字节流
- 把二进制字节流转化为方法区的运行时数据结构
- 在堆上创建一个java.lang.Class对象,用来封装在方法区内的数据结构,并向外提供了访问方法区数据结构的接口
加载类的方式
- 最常见的方式:本地文件系统中加载,从jar等归档文件中加载
- 动态的方式:将java源文件动态编译成class
- 其他方式:网络下载,从专有数据库中加载等等
类加载器
- java虚拟机自带的加载器包括如下几种:
- 启动类加载器(BootstrapClassLoader)
- 平台类加载器(PlatformClassLoader)注意:JDK8之前是扩展类加载器(ExtensionClassLoader)并没有平台类加载器,这是JDK9开始才有的。因为扩展类加载的加载方式并不是很安全,并且JDK9开始有了模块化的扩展方式,所以从JDK9开始被放弃了。
- 应用程序类加载器(AppClassLoader)
- 用户自定义的加载器,是java.lang.ClassLoader的子类,用户可以定制类的加载方式;只不过自定义类加载器其加载的顺序是在所有系统类加载器的最后
类加载器的关系
类加载器说明
- 启动类加载器:用于加载启动的基础模块类,比如:java.base,java.management,java.xml等等
- 平台类加载器:用于加载一些平台相关的模块,比如:java.scripting, java.compiler, java.corba等等
- 应用程序类加载器:用于加载应用级别的模块,比如:jdk.compiler,jdk.jartool,jdk.jshell等等;还加载classpath路径中的所有类库
- JDK8:启动类加载器:负责将
/lib,或者-Xbootclasspath参数指定的路径中的,且是虚拟机识别的类库加载到内存中(按照名字识别,比如rt.jar,对于不能识别的文件不予装载) - JDK8:扩展类加载器:负责加载
/lib/ext,或者java.ext.dirs系统变量所指定路径中的所有类库 - JDK8:应用程序类加载器:负责加载classpath路径中的所有类库
- Java程序不能直接引用启动类加载器,直接设置classLoader为null,默认就使用启动类加载器
- 类加载器并不需要等到某个类,”首次主动使用”的时候才加载它,Jvm规范允许类加载器在预料到某个类将要被使用的时候就预先加载它
- 如果在加载的时候.class文件缺失,会在该类首次主动使用时报告LinkageError错误,如果一直没有被使用,就不会报错。
双亲委派模型
- JVM中的ClassLoader通常采用双亲委派模型,要求除了启动类加载器外,其余的类加载器都应该有自己的父级加载器。这里的父子关系是组合而不是继承,工作过程如下:
- 一个类加载器接收到类加载器请求后,首先搜索它的内建加载器定义的所有“具名模块”
- 如果找到了合适的模块定义,将会使用该加载器来加载
- 如果class没有在这些加载器定义的具名模块中找到,那么将会委托给父级加载器,直到启动类加载器
- 如果父级加载器反馈它不能完成加载请求,比如在它的搜索路径下找不到这个类,那子的类加载器才自己来加载
- 在类路径下找到的类将成为这些加载器的无名模块
双亲委派模型说明
- 双亲委派模型对于保证Java程序的稳定运作很重要
- 实现双亲委派的代码在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中,如果自定义类加载器的话,推荐覆盖实现findClass()方法。
- 如果有一个类加载器能加载某个类,称为定义类加载器,所有能成功返回该类的Class的类加载器都被称为初始类加载器
- 如果没有指定父加载器,默认就是启动加载器
- 每个类加载器都有自己的命名空间,命名空间由该加载器及其所有父加载器所加载的类构成,不同的命名空间,可以出现类的全路径名相同的情况
- 运行时包由同一个类加载器的类构成,决定两个类是否属于同一个运行时包,不仅要看全路径名是否一样,还要看定义类加载器是否相同。只有属于同一个运行时包的类才能实现相互包内可见。
破坏双亲委派模型
- 双亲模型有个问题:父加载器无法向下识别子加载器加载的资源。为了解决这个问题,引入了线程上下文类加载器,可以通过Thread的setContextClassLoader()进行设置
- 另外一种典型情况就是实现热替换,比如OSGI的模块化热部署,它的类加载器就不再是严格按照双亲委派模型,很多可能就在平级的类加载器中执行了
连接
就是将已经读入内存的类的二进制数据合并到JVM运行时环境中去,包含如以下几个步骤:
- 验证:确保被加载类的正确性
- 准备:为类的静态变量分配内存,并初始化它们
- 解析:把常量池中的符号引用转换成直接引用
类连接主要验证的内容
- 类文件结构检查:按照JVM规范规定的类文件结构进行
- 元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析,保证其符合Java语言规范要求
- 字节码验证:通过对数据流和控制流进行分析,确保程序语义是合法和符合逻辑的。这里主要对方法体进行校验
- 符号引用验证:对类自身以外的信息,也就是常量池中的各种符号引用,进行匹配校验。
类连接中的解析
- 所谓解析就是把常量池中的符号引用转换成直接引用的过程,包括:符号引用:以一组无歧义的符号来描述所引用的目标,与虚拟机的实现无关。
- 直接引用:直接指向目标的指针,相对偏移量,或者能间接定位到目标的句柄,是和虚拟机实现相关的
- 解析的动作主要针对:类,接口,字段,类方法,接口方法,方法类型,方法句柄,调用点限定符
初始化
类的初始化
类的初始化就是为类的静态变量赋初始值,或者说是执行类构造器
- 如果类还没有加载和连接,就先加载和连接
- 如果类存在父类,且父类没有初始化,就先初始化父类
- 如果类中存在初始化语句,就依次执行这些初始化语句
- 如果是接口的话:
- a.初始化一个类的时候,并不会先初始化它实现的接口
- b.初始化一个接口时,并不会初始化它的父接口
- c.只有当程序首次使用接口里面的变量或者是调用接口方法的时候,才会导致接口初始化
- 调用Classloader类的loadClass方法来装载一个类,并不会初始化这个类,不是对类的主动使用
类的初始化时机
- Java程序对类的使用方式分成:主动使用和被动使用,JVM必须在每个类或接口“首次主动使用”时才初始化它们;被动使用类不会导致类的初始化,主动使用的情况:
- 创建类
- 访问某个类或接口的静态变量
- 调用类的静态方法
- 反射某个类
- 初始化某个类的子类,而父类还没有初始化
- JVM启动的时候运行的主类
- 定义了default方法的接口,当接口实现类初始化时
类的卸载
- 当代表一个类的Class对象不再被引用,那么Class对象的生命周期就结束了,对应的在方法区中的数据也会被卸载
- JVM自带的类加载器装载的类,是不会卸载的,由用户自定义的类加载器加载的类是可以卸载的