一椅您、Java類加載機(jī)制

1．概述

Class文件由類裝載器裝載后，在JVM中將形成一份描述Class結(jié)構(gòu)的元信息對象寡键，通過該元信息對象可以獲知Class的結(jié)構(gòu)信息：如構(gòu)造函數(shù)襟沮，屬性和方法等，Java允許用戶借由這個Class相關(guān)的元信息對象間接調(diào)用Class對象的功能昌腰。

虛擬機(jī)把描述類的數(shù)據(jù)從class文件加載到內(nèi)存开伏，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，轉(zhuǎn)換解析和初始化遭商，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的Java類型固灵，這就是虛擬機(jī)的類加載機(jī)制。

2．工作機(jī)制

類裝載器就是尋找類的字節(jié)碼文件劫流，并構(gòu)造出類在JVM內(nèi)部表示的對象組件巫玻。在Java中，類裝載器把一個類裝入JVM中祠汇，要經(jīng)過以下步驟：

(1) 裝載：查找和導(dǎo)入Class文件仍秤；

(2) 鏈接：把類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)合并到JRE中；

(a)校驗：檢查載入Class文件數(shù)據(jù)的正確性可很；

(b)準(zhǔn)備：給類的靜態(tài)變量分配存儲空間诗力；

(c)解析：將符號引用轉(zhuǎn)成直接引用；

(3) 初始化：對類的靜態(tài)變量我抠，靜態(tài)代碼塊執(zhí)行初始化操作

Java程序可以動態(tài)擴(kuò)展是由運(yùn)行期動態(tài)加載和動態(tài)鏈接實(shí)現(xiàn)的苇本；比如：如果編寫一個使用接口的應(yīng)用程序袜茧，可以等到運(yùn)行時再指定其實(shí)際的實(shí)現(xiàn)(多態(tài))，解析過程有時候還可以在初始化之后執(zhí)行瓣窄；比如：動態(tài)綁定(多態(tài))笛厦；

【類初始化】

(1) 遇到new、getstatic俺夕、putstatic或invokestatic這4條字節(jié)碼指令時裳凸，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化劝贸。生成這4條指令的最常見的Java代碼場景是：使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對象的時候登舞，讀取或設(shè)置一個類的靜態(tài)字段（被final修飾、已在編譯期把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外）的時候悬荣，以及調(diào)用一個類的靜態(tài)方法的時候。

(2) 使用java.lang.reflect包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時候疙剑，如果類沒有進(jìn)行過初始化氯迂，則需要先觸發(fā)其初始化。

(3) 當(dāng)初始化一個類的時候言缤，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化嚼蚀，則需要先觸發(fā)其父類的初始化。

(4)當(dāng)虛擬機(jī)啟動時管挟，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類（包含main()方法的那個類）轿曙，虛擬機(jī)會先初始化這個主類。

只有上述四種情況會觸發(fā)初始化僻孝，也稱為對一個類進(jìn)行主動引用导帝，除此以外，所有其他方式都不會觸發(fā)初始化穿铆，稱為被動引用

代碼清單1

上述代碼運(yùn)行后您单，只會輸出【---SuperClass init】, 而不會輸出【SubClass init】,對于靜態(tài)字段，只有直接定義這個字段的類才會被初始化,因此荞雏，通過子類來調(diào)用父類的靜態(tài)字段虐秦，只會觸發(fā)父類的初始化,但是這是要看不同的虛擬機(jī)的不同實(shí)現(xiàn)。

代碼清單2

此處不會引起SuperClass的初始化凤优，但是卻觸發(fā)了【[Ltest.SuperClass】的初始化悦陋，通過arr.toString()可以看出，對于用戶代碼來說筑辨，這不是一個合法的類名稱俺驶，它是由虛擬機(jī)自動生成的，直接繼承于Object的子類棍辕，創(chuàng)建動作由字節(jié)碼指令newarray觸發(fā),此時數(shù)組越界檢查也會伴隨數(shù)組對象的所有調(diào)用過程痒钝，越界檢查并不是封裝在數(shù)組元素訪問的類中秉颗，而是封裝在數(shù)組訪問的xaload,xastore字節(jié)碼指令中.

代碼清單3

對常量ConstClass.value 的引用實(shí)際都被轉(zhuǎn)化為NotInitialization類對自身常量池的引用，這兩個類被編譯成class后不存在任何聯(lián)系送矩。

【裝載】

在裝載階段蚕甥，虛擬機(jī)需要完成以下3件事情

(1) 通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流

(2) 將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(3) 在Java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問入口栋荸。

虛擬機(jī)規(guī)范中并沒有準(zhǔn)確說明二進(jìn)制字節(jié)流應(yīng)該從哪里獲取以及怎樣獲取,這里可以通過定義自己的類加載器去控制字節(jié)流的獲取方式菇怀。

【驗證】

虛擬機(jī)如果不檢查輸入的字節(jié)流，對其完全信任的話晌块，很可能會因為載入了有害的字節(jié)流而導(dǎo)致系統(tǒng)奔潰爱沟。

【準(zhǔn)備】

準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配,需要說明的是：

這時候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量(被static修飾的變量),而不包括實(shí)例變量,實(shí)例變量將會在對象實(shí)例化時隨著對象一起分配在Java堆中;這里所說的初始值“通常情況”是數(shù)據(jù)類型的零值匆背，假如:

public static int value = 123;

value在準(zhǔn)備階段過后的初始值為0而不是123,而把value賦值的putstatic指令將在初始化階段才會被執(zhí)行

二呼伸、類加載器與雙親委派模型

類加載器

(1) Bootstrap ClassLoader : 將存放于\lib目錄中的，或者被-Xbootclasspath參數(shù)所指定的路徑中的钝尸，并且是虛擬機(jī)識別的（僅按照文件名識別括享，如 rt.jar 名字不符合的類庫即使放在lib目錄中也不會被加載）類庫加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中。啟動類加載器無法被Java程序直接引用

(2) Extension ClassLoader : 將\lib\ext目錄下的珍促，或者被java.ext.dirs系統(tǒng)變量所指定的路徑中的所有類庫加載铃辖。開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。

(3) Application ClassLoader : 負(fù)責(zé)加載用戶類路徑(ClassPath)上所指定的類庫,開發(fā)者可直接使用猪叙。

雙親委派模型

工作過程：如果一個類加載器接收到了類加載的請求娇斩，它首先把這個請求委托給他的父類加載器去完成，每個層次的類加載器都是如此穴翩，因此所有的加載請求都應(yīng)該傳送到頂層的啟動類加載器中犬第，只有當(dāng)父加載器反饋?zhàn)约簾o法完成這個加載請求（它在搜索范圍中沒有找到所需的類）時，子加載器才會嘗試自己去加載芒帕。

好處：java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級的層次關(guān)系瓶殃。例如類java.lang.Object，它存放在rt.jar中副签，無論哪個類加載器要加載這個類遥椿，最終都會委派給啟動類加載器進(jìn)行加載，因此Object類在程序的各種類加載器環(huán)境中都是同一個類淆储。相反冠场，如果用戶自己寫了一個名為java.lang.Object的類，并放在程序的Classpath中本砰，那系統(tǒng)中將會出現(xiàn)多個不同的Object類碴裙，java類型體系中最基礎(chǔ)的行為也無法保證，應(yīng)用程序也會變得一片混亂。

java.lang.ClassLoader中幾個最重要的方法:

//加載指定名稱（包括包名）的二進(jìn)制類型舔株，供用戶調(diào)用的接口

public Class loadClass(String name);

//加載指定名稱（包括包名）的二進(jìn)制類型莺琳，同時指定是否解析（但是，這里的resolve參數(shù)不一定真正能達(dá)到解析的效果）载慈，供繼承用

protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve);

protected Class findClass(String name)

//定義類型惭等，一般在findClass方法中讀取到對應(yīng)字節(jié)碼后調(diào)用，可以看出不可繼承（說明：JVM已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對應(yīng)的具體功能办铡，解析對應(yīng)的字節(jié)碼辞做，產(chǎn)生對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)放置到方法區(qū)，所以無需覆寫寡具，直接調(diào)用就可以了）

protected final Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) throws ClassFormatError{}

ClassFormatError{}如下是實(shí)現(xiàn)雙親委派模型的主要代碼：

三秤茅、反射

Reflection機(jī)制允許程序在正在執(zhí)行的過程中，利用Reflection APIs取得任何已知名稱的類的內(nèi)部信息童叠，包括：package框喳、 type parameters、 superclass厦坛、 implemented interfaces五垮、 inner classes、 outer classes粪般、 fields、 constructors污桦、 methods亩歹、 modifiers等，并可以在執(zhí)行的過程中凡橱，動態(tài)生成instances小作、變更fields內(nèi)容或喚起methods。

1稼钩、獲取構(gòu)造方法

Class類提供了四個public方法顾稀，用于獲取某個類的構(gòu)造方法。

Constructor getConstructor(Class[] params)

根據(jù)構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)坝撑，返回一個具體的具有public屬性的構(gòu)造函數(shù)

Constructor getConstructors()

返回所有具有public屬性的構(gòu)造函數(shù)數(shù)組

Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params)

根據(jù)構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)静秆，返回一個具體的構(gòu)造函數(shù)（不分public和非public屬性）

Constructor getDeclaredConstructors()

返回該類中所有的構(gòu)造函數(shù)數(shù)組（不分public和非public屬性）

2、獲取類的成員方法

與獲取構(gòu)造方法的方式相同巡李，存在四種獲取成員方法的方式抚笔。

Method getMethod(String name, Class[] params)

根據(jù)方法名和參數(shù)，返回一個具體的具有public屬性的方法

Method[] getMethods()

返回所有具有public屬性的方法數(shù)組

Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params)

根據(jù)方法名和參數(shù)侨拦，返回一個具體的方法（不分public和非public屬性）

Method[] getDeclaredMethods()

返回該類中的所有的方法數(shù)組（不分public和非public屬性）

3殊橙、獲取類的成員變量（成員屬性）

存在四種獲取成員屬性的方法

Field getField(String name)

根據(jù)變量名，返回一個具體的具有public屬性的成員變量

Field[] getFields()

返回具有public屬性的成員變量的數(shù)組

Field getDeclaredField(String name)

根據(jù)變量名，返回一個成員變量（不分public和非public屬性）

Field[] getDelcaredFields()

返回所有成員變量組成的數(shù)組（不分public和非public屬性）