深入探究jvm之类装载器

一、class装载验证流程

1、加载

  1)、取得类的二进制流。

  2)、转为方法区数据结构。

  3)、在Java堆中生成对应的java.lang.Class对象。

2、链接--验证(目的:保证Class流的格式是正确的)

  1)、文件格式的验证:是否是0xCAFEBASE开头、版本号是否正确等。

  2)、元数据验证:是否有父类、是否继承了final类、非抽象类是否实现了所有的抽象方法等。

  3)、字节码验证(最复杂):运行检查、栈数据类型和操作码数据参数是否吻合、跳转指令是否指定到合理的位置。

  4)、符号引用验证:常量池中描述类是否存在、访问的字段和方法是否存在且有足够的权限。

3、链接--准备

  分配内存,并为类设置初始值(在方法区中),举个栗子:

  ①public static int a = 100;在链接--准备阶段中,a会被设置为0(int 类型的默认值),在初始化的<clinit>中才会被设置为1。

  ②public static final int a = 100;对于static final 类型,在链接--准备阶段就会被赋上正确的值,a被设置为100。

4、链接--解析

  符号引用(字符串引用对象不一定被加载)替换为直接引用(指针或者偏移量,引用对象一定存在于内存中)。

5、初始化

  1)、执行类构造器<clinit>,包括static变量赋值语句和static块。、

  2)、子类的<clinit>调用前保证父类的<clinit>被调用。

  3)、<clinit>方法是线程安全的,同步执行。

二、什么是ClassLoader?

  ClassLoader是一个抽象类,它的实例将读入的Java字节码装载到jvm中,ClassLoader可以实现定制,以满足不同的字节码流的获取方式,主要负责类装载过程中的加载。

   1)ClassLoader中重要的方法:

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException
载入并返回一个Class

protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len)
定义一个类,不公开调用

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
loadClass回调该方法,自定义ClassLoader的推荐做法

protected final Class<?> findLoadedClass(String name) 
寻找已经加载的类

   2)JDK中ClassLoader默认的设计模式分类:

   ①BootStrap ClassLoader(启动ClassLoader)

   ②Extension ClassLoader (扩展ClassLoader)

   ③App ClassLoader(应用ClassLoader/系统ClassLoader)

   ④自定义ClassLoader

深入探究jvm之类装载器

   上图展现了类查找和加载的次序,这样我们很容易就会想到存在一个问题:顶层的ClassLoader是无法加载底层ClassLoader的类,只就是“双亲问题”。那么Java框架(也就是rt.jar)如何加载Classpath下应用的类呢?

  举个栗子进一步说明问题:javax.xml.parsers包中定义了xml解析的类接口,这些类接口(Service Provider Interface)都位于rt.jar,即接口的定义(以及类的工厂方法)都在Bootstrap ClassLoader中,其实这个SPI的实现(非抽象类)都在AppLoader之中,JDK要求Bootstrap ClassLoader能够加载Classpath下的类,这显然是不满足上图的要求的。

  JDK为了解决这个问题在Thread类中定义了一个静态方法,Thread.setContextClassLoader()。这是一个上下文加载器,是一个“角色”,并不是一个真正的ClassLoader,它只是承担了特殊的任务,用以解决顶层ClassLoader无法访问底层ClassLoader的类的问题。基本思想是在顶层ClassLoader中传入一个底层的ClassLoader实例。下面的代码来源于rt.jar中javax.xml.parsers.FactoryFinder展示如何在启动类加载器中加载AppLoader的类突破“双亲模式”问题。

static private Class getProviderClass(String className, ClassLoader cl,
        boolean doFallback, boolean useBSClsLoader) throws ClassNotFoundException
{
    try {
        if (cl == null) {
            if (useBSClsLoader) {
                return Class.forName(className, true, FactoryFinder.class.getClassLoader());
            } else {
                cl = ss.getContextClassLoader();
                if (cl == null) {
                    throw new ClassNotFoundException();
                }
                else {
                    return cl.loadClass(className); //使用上下文ClassLoader
                }
            }
        }
        else {
            return cl.loadClass(className);
        }
    }
    catch (ClassNotFoundException e1) {
        if (doFallback) {
            // Use current class loader - should always be bootstrap CL
            return Class.forName(className, true, FactoryFinder.class.getClassLoader());
        }
…..

  双亲模式是默认的模式,但不是必须要这么做,比如Tomcat的WebappClassLoader就会先加载自己的class,找不到再委托parent,再如,OSGi(模块化,热加载)的ClassLoader形成网状结构,根据需要*加载Class。

  破坏双亲模式的例子,先从底层的ClassLoader加载。OrderClassLoader的部分实现:

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    // First, check if the class has already been loaded
    Class re=findClass(name);
    if(re==null){
        System.out.println(“无法载入类:”+name+“ 需要请求父加载器");
        return super.loadClass(name,resolve);
    }
    return re;
}

  findClass(String name )实现如下:

protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException {
Class clazz = this.findLoadedClass(className);
//每个类只加载一次,会查找、定义、加载 if (null == clazz) { try { String classFile = getClassFile(className); FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile); FileChannel fileC = fis.getChannel(); ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); WritableByteChannel outC = Channels.newChannel(baos); ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); //-----------------省略部分代码-------------------// fis.close(); byte[] bytes = baos.toByteArray(); clazz = defineClass(className, bytes, 0, bytes.length); } catch (FileNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } return clazz; }

  

  

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