?

?

Java中的所有類，都需要由類加載器裝載到JVM中才能運(yùn)行。類加載器本身也是一個(gè)類，而它的工作就是把class文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。在寫程序的時(shí)候，我們幾乎不需要關(guān)心類的加載，因?yàn)檫@些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的加載所需要的類。

?

類裝載方式，有兩種 ：

1.隱式裝載， 程序在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)碰到通過(guò)new 等方式生成對(duì)象時(shí)，隱式調(diào)用類裝載器加載對(duì)應(yīng)的類到j(luò)vm中，

2.顯式裝載， 通過(guò)class.forname()等方法，顯式加載需要的類

?

Java類的加載是動(dòng)態(tài)的，它并不會(huì)一次性將所有類全部加載后再運(yùn)行，而是保證程序運(yùn)行的基礎(chǔ)類(像是基類)完全加載到j(luò)vm中，至于其他類，則在需要的時(shí)候才加載。這當(dāng)然就是為了節(jié)省內(nèi)存開(kāi)銷。

?

Java的類加載器有三個(gè)，對(duì)應(yīng)Java的三種類:

?

Bootstrap Loader ?：啟動(dòng)類加載器，是虛擬機(jī)自身的一部分。負(fù)責(zé)將存放在\lib目錄中的類庫(kù)加載到虛擬機(jī)中。其無(wú)法被Java程序直接引用。?負(fù)責(zé)加載系統(tǒng)類 (指的是內(nèi)置類，像是String，對(duì)應(yīng)于C#中的System類和C/C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的類)

?????????????

ExtClassLoader ??：?負(fù)責(zé)加載擴(kuò)展類(就是繼承類和實(shí)現(xiàn)類)

???????????????????????????

AppClassLoader ??：負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）上所指定的類庫(kù)(程序員自定義的類)

?

JVM中類的加載是由類加載器（ClassLoader）和它的子類來(lái)實(shí)現(xiàn)的，Java中的類加載器是一個(gè)重要的Java運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)組件，它負(fù)責(zé)在運(yùn)行時(shí)查找和裝入類文件中的類。

由于Java的跨平臺(tái)性，經(jīng)過(guò)編譯的Java源程序并不是一個(gè)可執(zhí)行程序，而是一個(gè)或多個(gè)類文件。當(dāng)Java程序需要使用某個(gè)類時(shí)，JVM會(huì)確保這個(gè)類已經(jīng)被加載、連接（驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析）和初始化。

類的加載是指把類的.class文件中的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，通常是創(chuàng)建一個(gè)字節(jié)數(shù)組讀入.class文件，然后產(chǎn)生與所加載類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象。加載完成后，Class對(duì)象還不完整，所以此時(shí)的類還不可用。

當(dāng)類被加載后就進(jìn)入連接階段，這一階段包括

驗(yàn)證：為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。

準(zhǔn)備：為靜態(tài)變量分配內(nèi)存并設(shè)置默認(rèn)的初始值。

解析：將符號(hào)引用替換為直接引用。

最后JVM對(duì)類進(jìn)行初始化，包括：1)如果類存在直接的父類并且這個(gè)類還沒(méi)有被初始化，那么就先初始化父類；2)如果類中存在初始化語(yǔ)句，就依次執(zhí)行這些初始化語(yǔ)句。

類的加載是由類加載器完成的，類加載器包括：啟動(dòng)類加載器（BootStrap）、擴(kuò)展類加載器（Extension）、應(yīng)用程序類加載器（Application）。　　　　　　

從Java 2（JDK 1.2）開(kāi)始，類加載過(guò)程采取了雙親委派模型（PDM）。PDM更好的保證了Java平臺(tái)的安全性，在該機(jī)制中，JVM自帶的Bootstrap是啟動(dòng)類加載器，其他的加載器都有且僅有一個(gè)父類加載器。類的加載首先請(qǐng)求父類加載器加載，父類加載器無(wú)能為力時(shí)才由其子類加載器自行加載。JVM不會(huì)向Java程序提供對(duì)Bootstrap的引用。

?

雙親委派模型：要求除了頂層的啟動(dòng)類加載器外，其余加載器都應(yīng)當(dāng)有自己的父類加載器。類加載器之間的父子關(guān)系，一般不會(huì)以繼承的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)組合關(guān)系復(fù)用父加載器的代碼。

　　工作過(guò)程：如果一個(gè)類加載器收到了類加載的請(qǐng)求，它首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把這個(gè)請(qǐng)求委派給父類加載器完成。

每個(gè)層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請(qǐng)求最終都應(yīng)該傳送到頂層的啟動(dòng)類加載器中，

只有到父加載器反饋?zhàn)约簾o(wú)法完成這個(gè)加載請(qǐng)求（它的搜索范圍沒(méi)有找到所需的類）時(shí)，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載。

　　為什么要使用：Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶優(yōu)先級(jí)的層次關(guān)系。

比如java.lang.Object，它存放在rt.jar中，無(wú)論哪個(gè)類加載器要加載這個(gè)類，最終都是委派給啟動(dòng)類加載器進(jìn)行加載，

因此Object類在程序的各個(gè)類加載器環(huán)境中，都是同一個(gè)類。

自己編寫一個(gè)與rt.jar類庫(kù)中已有類重名的java類，可以正常編譯，但無(wú)法被加載運(yùn)行。

?

委托機(jī)制的意義 — 防止內(nèi)存中出現(xiàn)多份同樣的字節(jié)碼?
比如兩個(gè)類A和類B都要加載System類：

如果不用委托而是自己加載自己的，那么類A就會(huì)加載一份System字節(jié)碼，然后類B又會(huì)加載一份System字節(jié)碼，這樣內(nèi)存中就出現(xiàn)了兩份System字節(jié)碼。
如果使用委托機(jī)制，會(huì)遞歸的向父類查找，也就是首選用Bootstrap嘗試加載，如果找不到再向下。這里的System就能在Bootstrap中找到然后加載，如果此時(shí)類B也要加載System，也從Bootstrap開(kāi)始，此時(shí)Bootstrap發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載過(guò)了System那么直接返回內(nèi)存中的System即可而不需要重新加載，這樣內(nèi)存中就只有一份System的字節(jié)碼了。

?

能不能自己寫個(gè)類叫java.lang.System？

答案：通常不可以，但可以采取另類方法達(dá)到這個(gè)需求。?
解釋：為了不讓我們寫System類，類加載采用委托機(jī)制，這樣可以保證父類加載器優(yōu)先，父類加載器能找到的類，子加載器就沒(méi)有機(jī)會(huì)加載。而System類是Bootstrap加載器加載的，就算自己重寫，也總是使用Java系統(tǒng)提供的System，自己寫的System類根本沒(méi)有機(jī)會(huì)得到加載。

但是，我們可以自己定義一個(gè)類加載器來(lái)達(dá)到這個(gè)目的，為了避免雙親委托機(jī)制，這個(gè)類加載器也必須是特殊的。由于系統(tǒng)自帶的三個(gè)類加載器都加載特定目錄下的類，如果我們自己的類加載器放在一個(gè)特殊的目錄，那么系統(tǒng)的加載器就無(wú)法加載，也就是最終還是由我們自己的加載器加載。

?

?

?

1、JVM?簡(jiǎn)介

　　JVM?是我們Javaer?的最基本功底了，剛開(kāi)始學(xué)Java?的時(shí)候，一般都是從“Hello World?”開(kāi)始的，然后會(huì)寫個(gè)復(fù)雜點(diǎn)class?，然后再找一些開(kāi)源框架，比如Spring?，Hibernate?等等，再然后就開(kāi)發(fā)企業(yè)級(jí)的應(yīng)用，比如網(wǎng)站、企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用、實(shí)時(shí)交易系統(tǒng)等等，直到某一天突然發(fā)現(xiàn)做的系統(tǒng)咋就這么慢呢，而且時(shí)不時(shí)還來(lái)個(gè)內(nèi)存溢出什么的，今天是交易系統(tǒng)報(bào)了StackOverflowError?，明天是網(wǎng)站系統(tǒng)報(bào)了個(gè)OutOfMemoryError?，這種錯(cuò)誤又很難重現(xiàn)，只有分析Javacore?和dump?文件，運(yùn)氣好點(diǎn)還能分析出個(gè)結(jié)果，運(yùn)行遭的點(diǎn)，就直接去廟里燒香吧！每天接客戶的電話都是戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的，生怕再出什么幺蛾子了。我想Java?做的久一點(diǎn)的都有這樣的經(jīng)歷，那這些問(wèn)題的最終根結(jié)是在哪呢？——?JVM?。

　　JVM?全稱是Java Virtual Machine?，Java?虛擬機(jī)，也就是在計(jì)算機(jī)上再虛擬一個(gè)計(jì)算機(jī)，這和我們使用?VMWare不一樣，那個(gè)虛擬的東西你是可以看到的，這個(gè)JVM?你是看不到的，它存在內(nèi)存中。我們知道計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)成是：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備，那這個(gè)JVM?也是有這成套的元素，運(yùn)算器是當(dāng)然是交給硬件CPU?還處理了，只是為了適應(yīng)“一次編譯，隨處運(yùn)行”的情況，需要做一個(gè)翻譯動(dòng)作，于是就用了JVM?自己的命令集，這與匯編的命令集有點(diǎn)類似，每一種匯編命令集針對(duì)一個(gè)系列的CPU?，比如8086?系列的匯編也是可以用在8088?上的，但是就不能跑在8051?上，而JVM?的命令集則是可以到處運(yùn)行的，因?yàn)镴VM?做了翻譯，根據(jù)不同的CPU?，翻譯成不同的機(jī)器語(yǔ)言。

　　JVM?中我們最需要深入理解的就是它的存儲(chǔ)部分，存儲(chǔ)？硬盤？NO?，NO?，?JVM?是一個(gè)內(nèi)存中的虛擬機(jī)，那它的存儲(chǔ)就是內(nèi)存了，我們寫的所有類、常量、變量、方法都在內(nèi)存中，這決定著我們程序運(yùn)行的是否健壯、是否高效，接下來(lái)的部分就是重點(diǎn)介紹之。

回到頂部

2、JVM?的組成部分

我們先把JVM?這個(gè)虛擬機(jī)畫出來(lái)，如下圖所示：

?

從這個(gè)圖中可以看到，JVM?是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的，它與硬件沒(méi)有直接的交互。我們?cè)賮?lái)看下JVM?有哪些組成部分，如下圖所示：

該圖參考了網(wǎng)上廣為流傳的JVM?構(gòu)成圖，大家看這個(gè)圖，整個(gè)JVM?分為四部分：

## Class Loader?類加載器?

類加載器的作用是加載類文件到內(nèi)存，比如編寫一個(gè)HelloWord.java?程序，然后通過(guò)javac?編譯成class?文件，那怎么才能加載到內(nèi)存中被執(zhí)行呢？Class Loader?承擔(dān)的就是這個(gè)責(zé)任，那不可能隨便建立一個(gè).class?文件就能被加載的，Class Loader?加載的class?文件是有格式要求，在《JVM Specification?》中式這樣定義Class?文件的結(jié)構(gòu)：

ClassFile {u4 magic;u2 minor_version;u2 major_version;u2 constant_pool_count;cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];u2 access_flags;u2 this_class;u2 super_class;u2 interfaces_count;u2 interfaces[interfaces_count];u2 fields_count;field_info fields[fields_count];u2 methods_count;method_info methods[methods_count];u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count];}

?

需要詳細(xì)了解的話，可以仔細(xì)閱讀《JVM Specification?》的第四章“The class File Format?”，這里不再詳細(xì)說(shuō)明。

友情提示：Class Loader?只管加載，只要符合文件結(jié)構(gòu)就加載，至于說(shuō)能不能運(yùn)行，則不是它負(fù)責(zé)的，那是由Execution Engine?負(fù)責(zé)的。

##?Execution Engine?執(zhí)行引擎?

執(zhí)行引擎也叫做解釋器(Interpreter)?，負(fù)責(zé)解釋命令，提交操作系統(tǒng)執(zhí)行。

##?Native Interface?本地接口

本地接口的作用是融合不同的編程語(yǔ)言為Java?所用，它的初衷是融合C/C++?程序，Java?誕生的時(shí)候是C/C++?橫行的時(shí)候，要想立足，必須有一個(gè)聰明的、睿智的調(diào)用C/C++?程序，于是就在內(nèi)存中專門開(kāi)辟了一塊區(qū)域處理標(biāo)記為native?的代碼，它的具體做法是Native Method Stack?中登記native?方法，在Execution Engine?執(zhí)行時(shí)加載native libraies?。目前該方法使用的是越來(lái)越少了，除非是與硬件有關(guān)的應(yīng)用，比如通過(guò)Java?程序驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，或者Java?系統(tǒng)管理生產(chǎn)設(shè)備，在企業(yè)級(jí)應(yīng)用中已經(jīng)比較少見(jiàn)，因?yàn)楝F(xiàn)在的異構(gòu)領(lǐng)域間的通信很發(fā)達(dá)，比如可以使用Socket?通信，也可以使用Web Service?等等，不多做介紹。

## Runtime data area?運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)?

運(yùn)行數(shù)據(jù)區(qū)是整個(gè)JVM?的重點(diǎn)。我們所有寫的程序都被加載到這里，之后才開(kāi)始運(yùn)行，Java?生態(tài)系統(tǒng)如此的繁榮，得益于該區(qū)域的優(yōu)良自治。

?

整個(gè)JVM?框架由加載器加載文件，然后執(zhí)行器在內(nèi)存中處理數(shù)據(jù)，需要與異構(gòu)系統(tǒng)交互是可以通過(guò)本地接口進(jìn)行，瞧，一個(gè)完整的系統(tǒng)誕生了！

回到頂部

3、JVM加載class文件的原理機(jī)制?

　　?Java中的所有類，都需要由類加載器裝載到JVM中才能運(yùn)行。類加載器本身也是一個(gè)類，而它的工作就是把class文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。在寫程序的時(shí)候，我們幾乎不需要關(guān)心類的加載，因?yàn)檫@些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的加載所需要的類。

　　類裝載方式，有兩種?
??? 　　1.隱式裝載， 程序在運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)碰到通過(guò)new 等方式生成對(duì)象時(shí)，隱式調(diào)用類裝載器加載對(duì)應(yīng)的類到j(luò)vm中，
??? 　　2.顯式裝載， 通過(guò)class.forname()等方法，顯式加載需要的類?
? 　　隱式加載與顯式加載的區(qū)別：兩者本質(zhì)是一樣??

? ? ?Java類的加載是動(dòng)態(tài)的，它并不會(huì)一次性將所有類全部加載后再運(yùn)行，而是保證程序運(yùn)行的基礎(chǔ)類(像是基類)完全加載到j(luò)vm中，至于其他類，則在需要的時(shí)候才加載。這當(dāng)然就是為了節(jié)省內(nèi)存開(kāi)銷。

? 　Java的類加載器有三個(gè)，對(duì)應(yīng)Java的三種類:（java中的類大致分為三種：?? 1.系統(tǒng)類?? 2.擴(kuò)展類?3.由程序員自定義的類?）

???? Bootstrap Loader? // 負(fù)責(zé)加載系統(tǒng)類?(指的是內(nèi)置類，像是String，對(duì)應(yīng)于C#中的System類和C/C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的類)
??????????? |?
????????? - - ExtClassLoader?? //?負(fù)責(zé)加載擴(kuò)展類(就是繼承類和實(shí)現(xiàn)類)
????????????????????????? |?
????????????????????? - - AppClassLoader?? //?負(fù)責(zé)加載應(yīng)用類(程序員自定義的類)

?三個(gè)加載器各自完成自己的工作，但它們是如何協(xié)調(diào)工作呢？哪一個(gè)類該由哪個(gè)類加載器完成呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，Java采用了委托模型機(jī)制。

委托模型機(jī)制的工作原理很簡(jiǎn)單：當(dāng)類加載器需要加載類的時(shí)候，先請(qǐng)示其Parent(即上一層加載器)在其搜索路徑載入，如果找不到，才在自己的搜索路徑搜索該類。這樣的順序其實(shí)就是加載器層次上自頂而下的搜索，因?yàn)榧虞d器必須保證基礎(chǔ)類的加載。之所以是這種機(jī)制，還有一個(gè)安全上的考慮：如果某人將一個(gè)惡意的基礎(chǔ)類加載到j(luò)vm，委托模型機(jī)制會(huì)搜索其父類加載器，顯然是不可能找到的，自然就不會(huì)將該類加載進(jìn)來(lái)。

????? 我們可以通過(guò)這樣的代碼來(lái)獲取類加載器:

ClassLoader loader = ClassName.class.getClassLoader(); ClassLoader ParentLoader = loader.getParent();

?

注意一個(gè)很重要的問(wèn)題，就是Java在邏輯上并不存在BootstrapKLoader的實(shí)體！因?yàn)樗怯肅++編寫的，所以打印其內(nèi)容將會(huì)得到null。
??????

前面是對(duì)類加載器的簡(jiǎn)單介紹，它的原理機(jī)制非常簡(jiǎn)單，就是下面幾個(gè)步驟:

1.裝載:查找和導(dǎo)入class文件;

2.連接:

??????(1)檢查:檢查載入的class文件數(shù)據(jù)的正確性;

??????(2)準(zhǔn)備:為類的靜態(tài)變量分配存儲(chǔ)空間;

??????(3)解析:將符號(hào)引用轉(zhuǎn)換成直接引用(這一步是可選的)

3.初始化:初始化靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊。

??????這樣的過(guò)程在程序調(diào)用類的靜態(tài)成員的時(shí)候開(kāi)始執(zhí)行，所以靜態(tài)方法main()才會(huì)成為一般程序的入口方法。類的構(gòu)造器也會(huì)引發(fā)該動(dòng)作。

-------------我是低調(diào)的分割線--------------------------

?

?附錄：

https://www.cnblogs.com/Qian123/p/5707562.html

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/williamjie/p/11167920.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的描述一下JVM加载class文件的原理机制的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。