JVM类加载机制

JVM类加载机制

类加载过程

详细链接: https://www.processon.com/view/link/61e31970e0b34d1be7f8ac96

• ClassLoader.loadClass()的类加载过程
  • 加载: 从磁盘上将.class的字节码文件加载到JVM内存中去，此时会做一些简单的校验，校验通过后，会生成一个java.lang.Class对象，作为这个类各种数据再方法区的入口
  • 验证: 校验字节码文件的正确性，看看是否符合JVM字节码规范，比如魔数，主次版本号等
  • 准备: 将类中的静态变量分配内存并且赋默认值
  • 解析: 将符号引用(比如方法名)转变为直接引用(JVM内存地址)，这就是所谓的静态链接的过程
    • 静态链接: 类加载期间，将符号引用转变为直接引用
    • 动态链接: 程序运行期间，将符号引用转变为直接引用，比如方法中调用方法，JVM解析的时候会对被调用的方法名指向一个内存地址，通过这个地址找到对应的方法，最常见的就是多态，有不同的实现，只有到运行的时候才知道
  • 初始化: 对类的静态变量初始化为指定值，执行静态代码块
• 类被加载到方法区中包含
  • 运行时常量池
  • 类型信息
  • 字段信息
  • 方法信息
  • 类加载器的引用
  • 对应class实例的引用
• 注意: 类加载机制是懒加载，部署war包使用时才会加载，静态代码块比构造函数先执行，类没加载完，不会调用构造函数

类加载器和双亲委派机制

类加载器

• 引导类加载器(BootStrap): 加载jre/lib目录下的核心类库

• 拓展类加载器(Ext): 加载支撑JVM运行的jre/lib/ext目录下的jar

• 应用程序类加载器(App): 加载classpath路径下的类包，主要是加载用户自己写的类

• 自定义类加载器: 加载用户自定义路径下的类。特殊需要的时候才自定义类加载器，比如Tomcat会自定义类加载器，默认是应用程序加载器

• sum.misc.Launcher可以理解为所有类的父类加载器，C++先初始化Launcher类后，在通过此类生成拓展类、应用程序类加载器等

• 问题: 为什么引导类加载器不是Launcher类生成的

  • 因为引导类加载器是由C++直接生成的对象

类加载器初始化过程

• 创建JVM启动器实例: sun.misc.Launcher，此类为单例模式，保证只有一个实例
• Launcher类创建两个类，ExtClassLoader和AppClassLoader
• JVM默认使用Launcher的ClassLoader方法返回的加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序

双亲委派机制

• 当应用程序类加载器加载某类时，如果没有找到，就会向上让扩展类加载器去加载
• 如果扩展类加载器也没有该类，就会继续向上让引导类加载器去加载
• 如果引导类加载器也没有该类，那么就向下继续委托
• 如果都没有找到，那么就让应用程序类加载器去加载

为什么要先用应用程序类加载器去加载代码，而不是直接用引导类加载器

• 因为大部分的类都是用户自己定义编写的，也就是大部分的类文件都存放在应用程序类加载器的指定类路径下，如果不从这里开始会导致效率降低

什么是双亲委派机制

• 双亲委派机制就是加载某个类时先委托父加载器去寻找目标类，找不到再委托上层父加载器，如果所有父加载器都没有自己类路径下找到目标类，那么就会交给最开始的类加载器去加载该目标类

为什么要设计双亲委派机制

• 双亲委派机制可以避免类的重复加载
• 沙箱安全机制，保证核心类不被篡改

全盘委托机制

• 全盘委托是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入

如何自定义类加载器

• 代码思路
  • 继承java.lang.ClassLoader类
  • 重写ClassLoader.findClass()方法，此方法通过IO读取自定类文件路径
  • 重写ClassLoader.loadClass()方法，加载类

打破双亲委派机制

• 加载一个类，不使用父加载器，直接由自定义类加载器加载类
• 代码思路
  • 重写ClassLoader.loadClass()方法后
  • 在里面调用父加载器的方法处添加判断逻辑，如果是自定义类路径，就调用自定义的findClass方法

Tomcat为什么要打破双亲委派机制

• 对于一个web容器来说，可能需要部署多个应用程序，不同的应用程序可能依赖相同类库的不同版本，但是双亲委派机制已经实现了避免重复类加载,因此要保证每个版本的类库是独立的，要保证相互隔离
• 部署在同一个web容器中相同类库的版本可以共享，否则多个应用程序此时都是同一类库的版本，会导致进行加载多次，浪费资源
• 处于安全方面考虑，Tomcat也有自己的类库，也需要进行隔离处理，否则会导致与应用程序的类库混淆
• 每个jsp对应一个类加载器，这样是为了方便热部署

Tomcat这种类加载机制是否违背了双亲委派机制

• 很显然是的，Tomcat为了实现隔离性，每个webappClassLoader加载自己目录下的类文件，不会传递给父加载器，打破了双亲委派机制
• 首先自己尝试去加载某类，如果找不到再代理给父加载器，其目的是优先加载web应用自己定义的类，它父类加载器就是AppClassLoader
• web应用是通过Class.forName()调用交给系统类加载器的，因为Class.forName的默认类加载器是系统类加载器

Tomcat怎么实现热加载

• 单独用一个线程时刻去监听jsp文件路径下文件夹的变动，比如说1s监听一次，如果有变动，把之前的类加载器置空，再重新赋值最新的类加载器，之前的等待gc回收

Tomcat类加载图