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JVM的類(lèi)加載機(jī)制和應(yīng)用-創(chuàng)新互聯(lián)

序言

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JVM是Java Virtual Machine(Java虛擬機(jī))的縮寫(xiě),JVM是一種用于計(jì)算設(shè)備的規(guī)范,它是一個(gè)虛構(gòu)出來(lái)的計(jì)算機(jī),是通過(guò)在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種計(jì)算機(jī)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

引入Java語(yǔ)言虛擬機(jī)后,Java語(yǔ)言在不同平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)不需要重新編譯。Java語(yǔ)言使用Java虛擬機(jī)屏蔽了與具體平臺(tái)相關(guān)的信息,使得Java語(yǔ)言編譯程序只需生成在Java虛擬機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)代碼(字節(jié)碼),就可以在多種平臺(tái)上不加修改地運(yùn)行。

1.JVM 類(lèi)加載機(jī)制
JVM 類(lèi)加載機(jī)制分為五個(gè)部分:加載,驗(yàn)證,準(zhǔn)備,解析,初始化,下面我們就分別來(lái)看一下這五個(gè)過(guò)程。
JVM的類(lèi)加載機(jī)制和應(yīng)用
2..加載


加載是類(lèi)加載過(guò)程中的一個(gè)階段,這個(gè)階段會(huì)在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類(lèi)的 java.lang.Class 對(duì)象,作為方法區(qū)這個(gè)類(lèi)的各種數(shù)據(jù)的入口。注意這里不一定非得要從一個(gè) Class 文件獲取,這里既可以從 ZIP 包中讀?。ū热鐝?jar 包和 war 包中讀取),也可以在運(yùn)行時(shí)計(jì)算生成(動(dòng)態(tài)代理),也可以由其它文件生成(比如將 JSP 文件轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的 Class 類(lèi))。

3.驗(yàn)證

這一階段的主要目的是為了確保 Class 文件的字節(jié)流中包含的信息是否符合當(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。

4.準(zhǔn)備

準(zhǔn)備階段是正式為類(lèi)變量分配內(nèi)存并設(shè)置類(lèi)變量的初始值階段,即在方法區(qū)中分配這些變量所使用的內(nèi)存空間。注意這里所說(shuō)的初始值概念,比如一個(gè)類(lèi)變量定義為:

JVM的類(lèi)加載機(jī)制和應(yīng)用
實(shí)際上變量 v 在準(zhǔn)備階段過(guò)后的初始值為 0 而不是 8080,將 v 賦值為 8080 的 put static 指令是程序被編譯后,存放于類(lèi)構(gòu)造器方法之中。

但是注意如果聲明為:

JVM的類(lèi)加載機(jī)制和應(yīng)用
在編譯階段會(huì)為 v 生成 ConstantValue 屬性,在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)會(huì)根據(jù) ConstantValue 屬性將 v賦值為 8080。

5.解析

解析階段是指虛擬機(jī)將常量池中的符號(hào)引用替換為直接引用的過(guò)程。符號(hào)引用就是 class 文件中的:

  1. CONSTANT_Class_info

  2. CONSTANT_Field_info

  3. CONSTANT_Method_info

等類(lèi)型的常量。

6. 符號(hào)引用

符號(hào)引用與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的布局無(wú)關(guān),引用的目標(biāo)并不一定要已經(jīng)加載到內(nèi)存中。各種虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局可以各不相同,但是它們能接受的符號(hào)引用必須是一致的,因?yàn)榉?hào)引用的字面量形式明確定義在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范的 Class 文件格式中。

7. 直接引用

直接引用可以是指向目標(biāo)的指針,相對(duì)偏移量或是一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄。如果有了直接引用,那引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。

8.初始化

初始化階段是類(lèi)加載最后一個(gè)階段,前面的類(lèi)加載階段之后,除了在加載階段可以自定義類(lèi)加載器以外,其它操作都由 JVM 主導(dǎo)。到了初始階段,才開(kāi)始真正執(zhí)行類(lèi)中定義的 Java 程序代碼。

9. 類(lèi)構(gòu)造器

初始化階段是執(zhí)行類(lèi)構(gòu)造器方法的過(guò)程。方法是由編譯器自動(dòng)收集類(lèi)中的類(lèi)變量的賦值操作和靜態(tài)語(yǔ)句塊中的語(yǔ)句合并而成的。虛擬機(jī)會(huì)保證子方法執(zhí)行之前,父類(lèi)的方法已經(jīng)執(zhí)行完畢,如果一個(gè)類(lèi)中沒(méi)有對(duì)靜態(tài)變量賦值也沒(méi)有靜態(tài)語(yǔ)句塊,那么編譯器可以不為這個(gè)類(lèi)生成()方法。

注意以下幾種情況不會(huì)執(zhí)行類(lèi)初始化:

  1. 通過(guò)子類(lèi)引用父類(lèi)的靜態(tài)字段,只會(huì)觸發(fā)父類(lèi)的初始化,而不會(huì)觸發(fā)子類(lèi)的初始化。

  2. 定義對(duì)象數(shù)組,不會(huì)觸發(fā)該類(lèi)的初始化。

  3. 常量在編譯期間會(huì)存入調(diào)用類(lèi)的常量池中,本質(zhì)上并沒(méi)有直接引用定義常量的類(lèi),不會(huì)觸發(fā)定義常量所在的類(lèi)。

  4. 通過(guò)類(lèi)名獲取 Class 對(duì)象,不會(huì)觸發(fā)類(lèi)的初始化。

  5. 通過(guò) Class.forName 加載指定類(lèi)時(shí),如果指定參數(shù) initialize 為 false 時(shí),也不會(huì)觸發(fā)類(lèi)初始化,其實(shí)這個(gè)參數(shù)是告訴虛擬機(jī),是否要對(duì)類(lèi)進(jìn)行初始化。

  6. 通過(guò) ClassLoader 默認(rèn)的 loadClass 方法,也不會(huì)觸發(fā)初始化動(dòng)作。

10. 類(lèi)加載器

虛擬機(jī)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)把加載動(dòng)作放到 JVM 外部實(shí)現(xiàn),以便讓?xiě)?yīng)用程序決定如何獲取所需的類(lèi),JVM 提供了 3 種類(lèi)加載器:

11. 啟動(dòng)類(lèi)加載器(Bootstrap ClassLoader)

  1. 負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib 目錄中的,或通過(guò)-Xbootclasspath 參數(shù)指定路徑中的,且被虛擬機(jī)認(rèn)可(按文件名識(shí)別,如 rt.jar)的類(lèi)。

12. 擴(kuò)展類(lèi)加載器(Extension ClassLoader)

  1. 負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的,或通過(guò) java.ext.dirs 系統(tǒng)變量指定路徑中的類(lèi)庫(kù)。

13. 應(yīng)用程序類(lèi)加載器(Application ClassLoader):

  1. 負(fù)責(zé)加載用戶路徑(classpath)上的類(lèi)庫(kù)。

JVM 通過(guò)雙親委派模型進(jìn)行類(lèi)的加載,當(dāng)然我們也可以通過(guò)繼承 java.lang.ClassLoader實(shí)現(xiàn)自定義的類(lèi)加載器。

JVM的類(lèi)加載機(jī)制和應(yīng)用
14. 雙親委派

當(dāng)一個(gè)類(lèi)收到了類(lèi)加載請(qǐng)求,他首先不會(huì)嘗試自己去加載這個(gè)類(lèi),而是把這個(gè)請(qǐng)求委派給父類(lèi)去完成,每一個(gè)層次類(lèi)加載器都是如此,因此所有的加載請(qǐng)求都應(yīng)該傳送到啟動(dòng)類(lèi)加載其中,只有當(dāng)父類(lèi)加載器反饋?zhàn)约簾o(wú)法完成這個(gè)請(qǐng)求的時(shí)候(在它的加載路徑下沒(méi)有找到所需加載的Class),子類(lèi)加載器才會(huì)嘗試自己去加載。

采用雙親委派的一個(gè)好處是比如加載位于 rt.jar 包中的類(lèi) java.lang.Object,不管是哪個(gè)加載器加載這個(gè)類(lèi),最終都是委托給頂層的啟動(dòng)類(lèi)加載器進(jìn)行加載,這樣就保證了使用不同的類(lèi)加載器最終得到的都是同樣一個(gè) Object 對(duì)象。

JVM的類(lèi)加載機(jī)制和應(yīng)用
15. OSGI(動(dòng)態(tài)模型系統(tǒng))

OSGi(Open Service Gateway Initiative),是面向 Java 的動(dòng)態(tài)模型系統(tǒng),是 Java 動(dòng)態(tài)化模塊化系統(tǒng)的一系列規(guī)范。

16. 動(dòng)態(tài)改變構(gòu)造

OSGi 服務(wù)平臺(tái)提供在多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上無(wú)需重啟的動(dòng)態(tài)改變構(gòu)造的功能。為了最小化耦合度和促使這些耦合度可管理,OSGi 技術(shù)提供一種面向服務(wù)的架構(gòu),它能使這些組件動(dòng)態(tài)地發(fā)現(xiàn)對(duì)方。

17. 模塊化編程與熱插拔

OSGi 旨在為實(shí)現(xiàn) Java 程序的模塊化編程提供基礎(chǔ)條件,基于 OSGi 的程序很可能可以實(shí)現(xiàn)模塊級(jí)的熱插拔功能,當(dāng)程序升級(jí)更新時(shí),可以只停用、重新安裝然后啟動(dòng)程序的其中一部分,這對(duì)企業(yè)級(jí)程序開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)是非常具有誘惑力的特性。OSGi 描繪了一個(gè)很美好的模塊化開(kāi)發(fā)目標(biāo),而且定義了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的所需要服務(wù)與架構(gòu),同時(shí)也有成熟的框架進(jìn)行實(shí)現(xiàn)支持。但并非所有的應(yīng)用都適合采用 OSGi 作為基礎(chǔ)架構(gòu),它在提供強(qiáng)大功能同時(shí),也引入了額外的復(fù)雜度,因?yàn)樗蛔袷亓祟?lèi)加載的雙親委托模型。

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文章標(biāo)題:JVM的類(lèi)加載機(jī)制和應(yīng)用-創(chuàng)新互聯(lián)
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