技術問答集錦（11）JVM類載入

猿碼道發表於2018-03-21
JVM

1 類載入機制概念是什麼？

JVM把描述類的資料從Class檔案載入到記憶體，並對資料進行校驗、轉換解析和初始化，最終形成可以被虛擬機器直接使用的Java型別。這就是類載入機制。

2 類位元組碼有哪幾部分內容組成？

Class檔案結構中只有兩種資料型別：

  1. 無符號數：屬於基本的資料型別，以u1、u2、u4、u8分別代表1、2、4、8個位元組的無符號數，可以用來描述數字、索引引用、數量值、或者按照UTF-8編碼的字串值；
  2. 表：由多個無符號數或者其他表作為資料項構成的複合資料型別，所有表都習慣以"_info"結尾；
  3. 所以，Class檔案本質上就是一張表；

Class檔案結構的內容組成：

  1. 魔數：每個Class檔案的前4個位元組，JAVA語言魔數：CAFEBABE，16進位制數，唯一左右就是確認檔案是否是一個被虛擬機器接受的Class檔案；
  2. Class檔案版本：Class檔案第5、6個位元組是次版本號，7、8個位元組是主版本號；
  3. 常量池：從第9個位元組開始，主要存放兩大類常量：（1）字面量；（2）符號引用；
  4. 訪問標誌：緊跟常量池之後的兩個位元組代表訪問標誌，代表類或介面的層次資訊；
  5. 類索引、父類索引與介面索引集合：緊跟訪問標誌之後的就是類索引、父類索引與介面索引，都是u2型別資料，Class檔案中由這三項資料來確定類的繼承關係；
  6. 欄位表集合：緊接著就是欄位表集合，用於描述介面或類中宣告的變數；
  7. 方法表集合：緊接著就是方法表集合，用於描述介面或類中宣告的方法；

3 類載入過程大體分為幾步？

類載入步驟

4 什麼時機會出發類載入？

  1. 建立類的例項：使用new關鍵字例項化物件；
  2. 訪問類的靜態變數：getstatic或putstatic，讀取或設定一個類的靜態變數（不包括被final修飾的靜態變數）；
  3. 訪問類的靜態方法：invokestatic呼叫一個類的靜態方法；
  4. 使用java.lang.reflect進行反射呼叫：如，Class.forName("xxxxx")；
  5. 子類初始化時，會先初始化父類；

5 被動引用有幾種，被動引用不會觸發類初始化？

  1. 通過子類引用父類的靜態欄位，不會導致子類初始化，只會初始化父類；
  2. 通過陣列定義來引用類，不會觸發類的初始化；
  3. 常量在編譯階段會存入呼叫類的常量池中，本質上並沒有直接引用到定義常量的類，因為不會觸發定義常量的類初始化；

6 類載入：第一步載入階段具體過程？

  1. 通過類的全限定名稱獲取定義此類的二進位制流；
  2. 將二進位制流靜態結構轉化為方法區的執行時資料結構；
  3. 在記憶體中生成一個代表這個類的java.lang.Class物件。對於HotSpot虛擬機器，Class物件是存放在方法區裡的；

7 類載入：第二步驗證階段具體過程？

主要作用就是確保Class檔案的位元組流中包含的資訊符合當前虛擬機器的要求，並且不會危害虛擬機器自身安全；

  1. 檔案格式驗證：對檢查格式、版本；
  2. 後設資料驗證：對位元組碼進行語義分析；
  3. 位元組碼驗證；
  4. 符號引用驗證；

8 類載入：第三步準備階段具體過程？

  1. 正式為類變數分配記憶體，記憶體在方法區中進行分配，類變數是指static修飾的變數；
  2. 設定類變數的初始值，這個初始值通常情況下是資料型別的零值，如：public static int value = 123；初始值是0，不是123，賦值123動作會在初始化階段才會執行；

9 類載入：第四步解析階段具體過程？

將Class檔案的常量池內的符號引用替換為直接引用；

10 類載入：第五步初始化具體過程？

真正開始執行類中定義的Java程式程式碼，初始化過程就是執行類構造器()方法的過程；

  1. ()方法會自動收集類中所有類變數（static）的賦值動作和靜態程式碼塊，編譯器收集順序由程式碼出現順序決定；
  2. ()方法與類例項建構函式不同，虛擬機器會保證父類的()執行完畢後再執行子類的()方法；

12 類載入器有幾種，每種的作用？

類載入器

  1. 根類載入器（Bootstrap ClassLoader）：其負責載入Java的核心類，比如String、System這些類；
  2. 擴充類載入器（Extension ClassLoader）：其負責載入JRE的擴充類庫；
  3. 系統類載入器（System ClassLoader）：其負責載入CLASSPATH環境變數所指定的JAR包和類路徑；
  4. 使用者類載入器：使用者自定義的載入器，以類載入器為父類

13 類載入器雙親委託模式是什麼及為什麼？

雙親委派機制：如果一個類載入器在接到載入類的請求時，它首先不會自己嘗試去載入這個類，而是把這個請求任務委託給父類載入器去完成，依次遞迴，如果父類載入器可以完成類載入任務，就成功返回；只有父類載入器無法完成此載入任務時，才自己去載入。

Java類隨著載入它的類載入器一起具備了一種帶有優先順序的層次關係。比如，Java中的Object類，它存放在rt.jar之中,無論哪一個類載入器要載入這個類，最終都是委派給處於模型最頂端的啟動類載入器進行載入，因此Object在各種類載入環境中都是同一個類。如果不採用雙親委派模型，那麼由各個類載入器自己取載入的話，那麼系統中會存在多種不同的Object類。

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