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深入Java虚拟机JVM类加载初始化学习笔记

jdfkldjlkjdl 分享于 2014-11-30

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作为一名Java使用者,掌握JVM的体系结构也是必须的。 说起Java,人们首先想到的是Java编程语言,然而事实上,Java是一种技术,它由四方面组成:Java编程语言、Ja

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1. 类在JVM中的工作原理

要想使用一个Java类为自己工作,必须经过以下几个过程

1):类加载load:从字节码二进制文件——.class文件将类加载到内存,从而达到类的从硬盘上到内存上的一个迁移,所有的程序必须加载到内存才能工作。将内存中的class放到运行时数据区的方法区内,之后在堆区建立一个java.lang.Class对象,用来封装方法区的数据结构。这个时候就体现出了万事万物皆对象了,干什么事情都得有个对象。就是到了最底层究竟是鸡生蛋,还是蛋生鸡呢?类加载的最终产物就是堆中的一个java.lang.Class对象。

2):连接:连接又分为以下小步骤

验证:出于安全性的考虑,验证内存中的字节码是否符合JVM的规范,类的结构规范、语义检查、字节码操作是否合法、这个是为了防止用户自己建立一个非法的XX.class文件就进行工作了,或者是JVM版本冲突的问题,比如在JDK6下面编译通过的class(其中包含注解特性的类),是不能在JDK1.4的JVM下运行的。

准备:将类的静态变量进行分配内存空间、初始化默认值。(对象还没生成呢,所以这个时候没有实例变量什么事情)

解析:把类的符号引用转为直接引用(保留)

3):类的初始化: 将类的静态变量赋予正确的初始值,这个初始值是开发者自己定义时赋予的初始值,而不是默认值。

2. 类的主动使用与被动使用

以下是视为主动使用一个类,其他情况均视为被动使用!

1):初学者最为常用的new一个类的实例对象(声明不叫主动使用)

2):对类的静态变量进行读取、赋值操作的。

3):直接调用类的静态方法。

4):反射调用一个类的方法。

5):初始化一个类的子类的时候,父类也相当于被程序主动调用了(如果调用子类的静态变量是从父类继承过来并没有复写的,那么也就相当于只用到了父类的东东,和子类无关,所以这个时候子类不需要进行类初始化)。

6):直接运行一个main函数入口的类。

所有的JVM实现(不同的厂商有不同的实现,有人就说IBM的实现比Sun的要好……)在首次主动调用类和接口的时候才会初始化他们。





1. 类的加载方式

1):本地编译好的class中直接加载

2):网络加载:java.net.URLClassLoader可以加载url指定的类

3):从jar、zip等等压缩文件加载类,自动解析jar文件找到class文件去加载util类

4):从java源代码文件动态编译成为class文件

2. 类加载器

JVM自带的默认加载器

1):根类加载器:bootstrap,由C++编写,所有Java程序无法获得。

2):扩展类加载器:由Java编写。

3):系统类、应用类加载器:由Java编写。

用户自定义的类加载器:java.lang.ClassLoader的子类,用户可以定制类的加载方式。每一个类都包含了加载他的ClassLoader的一个引用——getClass().getClassLoader()。如果返回的是null,证明加载他的ClassLoader是根加载器bootstrap。

如下代码



这里面的指针就是C++的指针

1. 回顾那个诡异的代码

推荐:深入理解JVM07--虚拟机类加载机制--类加载过程

本文是基于周志明的《深入理解Java虚拟机》     虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存,并对数据进行检验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使

从入口开始看

Singleton mysingleton = Singleton.GetInstence();

是根据内部类的静态方法要一个Singleton实例。

这个时候就属于主动调用Singleton类了。

之后内存开始加载Singleton类

1):对Singleton的所有的静态变量分配空间,赋默认的值,所以在这个时候,singleton=null、a=0、b=0。注意b的0是默认值,并不是咱们手工为其赋予的的那个0值。

2):之后对静态变量赋值,这个时候的赋值就是我们在程序里手工初始化的那个值了。此时singleton = new Singleton();调用了构造方法。构造方法里面a=1、b=1。之后接着顺序往下执行。

3):


  • public static int a;  
  •     public static int b = 0;  

a没有赋值,保持原状a=1。b被赋值了,b原先的1值被覆盖了,b=0。所以结果就是这么来的。类中的静态块static块也是顺序地从上到下执行的。

2. 编译时常量、非编译时常量的静态变量

如下代码

package test01;     
   
class FinalStatic {     
   
    public static final int A = 4 + 4;     
   
    static {     
        System.out.println("如果执行了,证明类初始化了……");     
    }     
   
}     
   
public class MyTest03 {     
   
    /**   
     * @param args   
     */   
    public static void main(String[] args) {     
        System.out.println(FinalStatic.A);     
    }     
   
}    

结果是只打印出了8,证明类并没有初始化。反编译源码发现class里面的内容是

public static final int A = 8;

也就是说编译器很智能的、在编译的时候自己就能算出4+4是8,是一个固定的数字。没有什么未知的因素在里面。

将代码稍微改一下

public static final int A = 4 + new Random().nextInt(10);

这个时候静态块就执行了,证明类初始化了。在静态final变量在编译时不定的情况下。如果客户程序这个时候访问了该类的静态变量,那就会对类进行初始化,所以尽量静态final变量尽量没什么可变因素在里面1,否则性能会有所下降。

1. ClassLoader的剖析

ClassLoader的loadClass方法加载一个类不属于主动调用,不会导致类的初始化。如下代码块

ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();     
Class clazz = classLoader.loadClass("test01.ClassDemo");   

并不会让类加载器初始化test01.ClassDemo,因为这不属于主动调用此类。

ClassLoader的关系:

根加载器——》扩展类加载器——》应用类加载器——》用户自定义类加载器

加载类的过程是首先从根加载器开始加载、根加载器加载不了的,由扩展类加载器加载,再加载不了的有应用加载器加载,应用加载器如果还加载不了就由自定义的加载器(一定继承自java.lang. ClassLoader)加载、如果自定义的加载器还加载不了。而且下面已经没有再特殊的类加载器了,就会抛出ClassNotFoundException,表面上异常是类找不到,实际上是class加载失败,更不能创建该类的Class对象。

若一个类能在某一层类加载器成功加载,那么这一层的加载器称为定义类加载器。那么在这层类生成的Class引用返回下一层加载器叫做初始类加载器。因为加载成功后返回一个Class引用给它的服务对象——也就是调用它的类加载器。考虑到安全,父委托加载机制。



ClassLoader加载类的原代码如下

protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)     
    throws ClassNotFoundException     
    {     
    // First, check if the class has already been loaded   
    Class c = findLoadedClass(name);     
    if (c == null) {     
        try {     
        if (parent != null) {     
            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   
            }     
            if (c == null) {     
            // If still not found, then invoke findClass in order   
            // to find the class.   
            c = findClass(name);     
        }     
    }     
    if (resolve) {     
        resolveClass(c);     
    }     
    return c;     
    }    
初始化系统ClassLoader代码如下

private static synchronized void initSystemClassLoader() {     
    if (!sclSet) {     
        if (scl != null)     
        throw new IllegalStateException("recursive invocation");     
            sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher();     
        if (l != null) {     
        Throwable oops = null;     
        scl = l.getClassLoader();     
            try {     
            PrivilegedExceptionAction a;     
            a = new SystemClassLoaderAction(scl);     
                    scl = (ClassLoader) AccessController.doPrivileged(a);     
            } catch (PrivilegedActionException pae) {     
            oops = pae.getCause();     
                if (oops instanceof InvocationTargetException) {     
                oops = oops.getCause();     
            }     
            }     
        if (oops != null) {     
            if (oops instanceof Error) {     
            throw (Error) oops;     
            } else {     
                // wrap the exception   
                throw new Error(oops);     
            }     
        }     
        }     
        sclSet = true;     
    }     
    }   

它里面调用了很多native的方法,也就是通过JNI调用底层C++的代码。

当一个类被加载、连接、初始化后,它的生命周期就开始了,当代表该类的Class对象不再被引用、即已经不可触及的时候,Class对象的生命周期结束。那么该类的方法区内的数据也会被卸载,从而结束该类的生命周期。一个类的生命周期取决于它Class对象的生命周期。由Java虚拟机自带的默认加载器(根加载器、扩展加载器、系统加载器)所加载的类在JVM生命周期中始终不被卸载。所以这些类的Class对象(我称其为实例的模板对象)始终能被触及!而由用户自定义的类加载器所加载的类会被卸载掉!






推荐:Java虚拟机深入详解JVM之类加载器深度剖析、类的主动使用、被动使用

由于星期六没上班,很多朋友在问Jvm的原理 抽时间写了一个很简短的教程。   郑重声明:本文为原创文章,转载请注明出处否则追究其法律责任。   一 首先我们看一

1. 类在JVM中的工作原理 要想使用一个Java类为自己工作,必须经过以下几个过程 1):类加载load:从字节码二进制文件——.class文件将类加载到内存,从而达到类的从硬盘上到内存上的一个迁移,所

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