JVM理论篇（一）

一、类加载子系统

1.1 类加载子系统作用

• 类加载子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，Class文件在文件开头有特定的文件标识。(CAFEBABE)
• ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine 执行引擎决定。
• 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）

1.2 类加载器ClassLoader的角色

1. class file 存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来，根据这个文件实例化出n个一模一样的实例。
2. class file 加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区中。
3. 在 .class文件 --> JVM --> 最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器 Class Loader），扮演一个快递员的角色。

1.3 类的加载过程

1.3.1 过程一：加载（Loading）

1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

1.3.2 过程二：链接（Linking）

分为三个部分：
验证（Verify）
准备（Perpare）
解析（Resolve）

验证（Verify）
目的在于确保Class文件的字节流中所包含的信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
主要包括四种验证：

• 文件格式验证
• 元数据验证
• 字节码验证
• 符号引用验证

准备（Perpare）
为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值。
这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化。
这里不会为实例变量分配初始化，类变量的分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到堆中

private static int a=1;//类变量 perpare:a=0 ------> initial:a=1

解析（Resolve）
将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。

• 符号引用就是一组符号来描述所指引的目标。
• 直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后在执行。
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info、
CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

1.3.3 过程三：初始化（Initialization）

初始化阶段就是执行类构造器方法( ) 的过程。
此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。
构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
( ) 不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的( ) ）
该类具有父类，JVM会保证子类的( ) 执行前，父类的( ) 已经执行完毕。
虚拟机必须保证一个类的( ) 方法在多线程下被同步加锁。

1.4 类加载器的分类

JVM支持两种类型的类加载器，分别为

• 引导类加载器（Bootstrap Class Loader）
• 用户自定义类加载器（User Defined Class Loader）

从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有
这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个，如下所示：

• 启动类加载器
• 扩展类加载器
• 用户自定义类加载器

启动类加载器

又称引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）
这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。
它用来加载 Java 的核心库

• JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar
• resources.jar
• sun.boot.class.path

路径下的内容，用于提供JVM自身需要的类
并不继承自 java.lang.ClassLoader，没有父加载器。
加载扩展类和应用程序类加载器，并指定自身为他们的父类加载器。
出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类

扩展类加载器

Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
派生于ClassLoader类
父类加载器为启动类加载器
从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的 jre/lib/ext 子目录（扩展目录）下加载类
库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。

应用程序类加载器

又称系统类加载器
java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。
派生于ClassLoader类
父类加载器为扩展类加载器
它负责加载环境变量classpath或系统属性 java.class.path 指定路径下的类库
该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载的
通过ClassLoader#getSystemClassLoader( ) 方法可以获取到该类加载器

用户自定义类加载器

在Java的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由上述三种类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定
义类加载器，来定制类的加载方式

1.5 双亲委派机制

1.5.1 工作原理

如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执
行。
如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载
器，
如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

1.5.2 优势

• 避免类的重复加载
• 保护程序安全，防止核心API被随意篡改

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在的两个必要条件：

• 类的完整类名必须一致，包括包名。
• 加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同。

换句话说，在JVM中即使这两个对象（class对象）来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。