JVM筆記 -- 來，教你類載入子系統

第十六封發表於2021-03-17
JVM筆記

類載入子系統

類檔案首先需要經過類載入子系統，進行載入，進類資訊等載入到執行時資料區，生成Klass的例項。

在類載入子系統中有以下3個階段操作（廣義上的載入）：

  • 載入階段
    • Bootstrap ClassLoader：引導類載入器，主要載入JDK裡面的核心類
    • Extension ClassLoader：擴充類載入器
    • Application ClassLoader：應用載入器
  • 連結階段
    • 驗證
    • 連結
    • 解析
  • 初始化階段


如果載入的時候失敗了，則不會執行後面的連結等操作。

類載入子系統的作用：

  • 類載入器子系統可以從本地檔案或者網路中載入Class檔案，Class檔案開頭有特定標識“CAFEBABY”（魔數）。
  • 類載入器只負責將檔案載入到執行時資料區，但是否可以執行，是執行引擎管的。
  • 載入的類資訊存放在方法區中，除了類資訊以外，方法區還存放了執行時產量池資訊，可能HIA包括字串字面量和數字常量（這部分常量是Class檔案中常量池部分的記憶體對映）。

譬如反編譯後，會產生常量資訊，裡面包括常量以及符號引用等：

類載入器ClassLoader的角色,以下面的People.class為例：

通過類資訊例項，可以通過new 例項化物件，也可以通過getClassLoader()獲取類載入器，也可以通過例項getClass()獲取類資訊例項。

  1. People.class 存在本地硬碟上，相當於一個模板，最終可以例項化出n個同一個類但是屬性不同的例項。
  2. People.class載入到JVM中，被稱為DNA後設資料模板，存放在方法區，也就是類資訊。類資訊也是物件。
  3. 從.class檔案，到載入到JVM中，稱為後設資料模板，這個過程需要一個轉換工具，這個工具就是類載入器（Class Loader）。

載入（Loading）

此處的載入，指的是類載入過程中的第一個階段（環節），主要工作包括：

  • 1.通過類的全限定名獲取定義此類的二進位制位元組流。
  • 2.將這個二進位制位元組流所代表的靜態儲存結構轉化為方法區(JDK7以及之前叫永久代，JDK8之後成為元空間)的執行時資料結構。
  • 3.在記憶體中生成一個該類的java.lang.Class物件，作為方法區該類的各種資料的訪問入口，也就是類資訊物件。

類的.class檔案來源方式包括以下：

  • 本地系統直接載入
  • 網路傳輸獲取
  • 從zip壓縮包讀取
  • 執行的時候計算生成，譬如動態代理技術
  • 由其他檔案生成，譬如場景：JSP
  • 從加密檔案中解密獲得

連結

連結階段又分為3個階段：

  • 驗證：
    • 目的是校驗安全和法，確保Class檔案的位元組流中包含資訊符合當前虛擬機器要求，保證載入的類的正確性，不會危害到虛擬機器的安全。
    • 主要包括4種驗證：
      • 檔案格式驗證(譬如檔案開頭是"CAFEBABY")
      • 後設資料驗證
      • 位元組碼驗證
      • 符號引用驗證
  • 準備：
    • 為類變數（static）分配記憶體並且設定該變數的預設初始值，即零值
    • 不包含final修飾的static，因為final在編譯的時候已經分配了，準備階段會顯示初始化。
    • 不會為例項變數分配初始化，類變數會分配在方法區，但是例項變數是跟隨物件一起分配在Java堆裡面（一般情況）
  • 解析：
    • 將常量池的符號引用轉化成為直接引用的過程
    • 事實上，解析操作往往會伴隨JVM在執行完初始化之後再執行
    • 符號引用就是一組符號來描述所引用的目標，《Java虛擬機器規範》的Class檔案格式中，直接引用就是直接指向目標的指標，相對偏移量或者一個間接定位到目標的控制程式碼。
    • 解析這個階段，主要是針對類或者介面，欄位，類方法，介面方法，方法型別等等，對應的常量池中的CONSTANT_Class_info,CONSTANT_Fieldred_info，CONSTANT_Methodref_info等。

初始化

初始化，就是執行類的構造器<clinit>()的過程，注意<clinit>()是類的構造器，不是物件的。<clinit>()是初始化類的，就是把類裝到JVM裡的初始化，不是執行時物件的初始化。

<clinit>()這個方法不需要顯式定義，而是javac編譯器自動收集類中的所有變數的賦值動作，加上靜態程式碼塊，合併成的一個方法。

<clinit>()中程式碼的順序和我們在類檔案寫的順序一致。

執行子類的<clinit>()方法之前，JVM會保證先執行其父類的<clinit>()，預設父類是Object。

仔細觀察上面的程式碼，會發現，final的屬性，即使是static修飾的，在<clinit>()裡面都不會存在，這是為什麼呢？

這是因為final修飾的是常量，常量不會在初始化的時候執行賦值！！！常量在編譯的時候已經分配了，準備階段會顯示初始化。

如果我們將final去掉，就可以發現,去掉final修飾，位元組碼就會加上該欄位的賦值：（下面的ldc是指常量池的意思，從常量池編號為#6的地方，載入該常量）

虛擬機器在初始化的時候，已經保證了類的<clinit>()方法，即使在多執行緒的環境下，也只會執行一次，其底層的邏輯就是預設同步加鎖了。

【作者簡介】：
秦懷，公眾號【秦懷雜貨店】作者，技術之路不在一時，山高水長，縱使緩慢，馳而不息。個人寫作方向：Java原始碼解析，JDBC，Mybatis，Spring，redis，分散式，劍指Offer，LeetCode等，認真寫好每一篇文章，不喜歡標題黨，不喜歡花裡胡哨，大多寫系列文章，不能保證我寫的都完全正確，但是我保證所寫的均經過實踐或者查詢資料。遺漏或者錯誤之處，還望指正。

2020年我寫了什麼？

開源刷題筆記

平日時間寶貴，只能使用晚上以及週末時間學習寫作，關注我，我們一起成長吧~

相關文章