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【JAVA SE基礎篇】69.類加載機制和類加載器

2020-09-23 03:54:49 後端開發

1.類加載程序

jvm把class檔案加載到記憶體,并對資料進行校驗,決議和初始化,最終形成jvm可以直接使用的java型別的程序

加載->鏈接(驗證->準備->決議)->初始化->使用->卸載

1.加載:將class檔案位元組碼內容加載到記憶體中,并將這些靜態資料轉換成方法區中的運行時資料結構,

在堆中生成一個代表這類的java.lang.Class物件,作為方法區類資料的訪問入口

2.鏈接:將java類的二進制代碼合并到jvm的運行狀態之中的程序

  驗證:確保加載的類資訊符合jvm規范,沒有安全方面的問題

  準備:正式為類變數分配記憶體并設定類變數初始值的階段,這些記憶體都將在方法區中進行分配

  決議:虛擬機常量池內的符號參考替換為直接參考的程序

3.初始化:

初始化階段是執行類構造器<clinit>()方法的程序,類構造器<clinit>()方法是由編譯器自動收集

類中的所有類變數的賦值動作和靜態陳述句塊(static塊)中的陳述句合并產生的,

當初始化一個類的時候,如果發現其父類還沒有進行過初始化、則需要先出發其父類的初始化

虛擬機會保證一個類的<clinit>()方法在多執行緒環境中被正確加鎖和同步,

當訪問一個java類的靜態域時,只有真正宣告這個域的類才會被初始化

例:

2.類的主動參考和被動參考

1.主動(一定初始化)

new一個類的物件

呼叫類的靜態成員(除了final常量)和靜態方法

使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射呼叫

當虛擬機啟動,先啟動main所在類

當初始化一個類,如果父類沒有被動化,則先會初始化他的父親

2.被動(一定不初始化)

當訪問一個靜態域時,只有真正宣告這個域的類才會被初始化

通過子類參考父類的靜態變數,不會導致子類初始化

通過陣列定義類參考,不會觸發此類的初始化

參考常量不會觸發此類的初始化(常量在編譯階段就存入呼叫類的常量池中了)

3.類加載器

1.類加載器原理

  將class檔案位元組碼內容加載到記憶體中,并將這些靜態資料轉換成方法區中的運行時資料結構,

  在堆中生成一個代表這類的java.lang.Class物件,作為方法區類資料的訪問入口

2.類加載器樹狀結構,雙親委托代理機制

1.樹狀結構

引導類加載器->擴展類加載器->應用程式類加載器->自定義類加載器

引導類加載器: 

  它用來加載java的核心庫,是原生代碼(C++)來實作的,并不繼承字java.lang.ClassLoader

  加載擴展和應用程式類加載器,并指定他們的父類加載器

擴展類加載器

  用來加載 Java 的擴展庫(JAVA_HOME/jre/ext/*.jar,或java.ext.dirs路徑下的內容) ,

  Java 虛擬機的實作會提供一個擴展庫目錄,該類加載器在此目錄里面查找并加載 Java類

  由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實作

應用程式類加載器

  它根據 Java 應用的類路徑(classpath,java.class.path 路徑下的內容)來加載 Java 類,

  一般來說,Java 應用的類都是由它來完成加載的

  由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實作

自定義類加載器

  開發人員可以通過繼承 java.lang.ClassLoader類的方式,實作自己的類加載器,以滿足一些特殊的需求

注:

  引導類加載器由c來實作,擴展類加載器,應用程式類加載器,自定義類加載器由java實作

  擴展類加載器,應用程式類加載器,自定義類加載器都繼承自java.lang.ClassLoader

java.lang.ClassLoader類作用

  java.lang.ClassLoader類的基本職責就是根據一個指定的類的名稱,找到或者生成其對應的位元組代碼,

  然后從這些位元組代碼中定義出一個Java 類,即 java.lang.Class類的一個實體,

  除此之外,ClassLoader還負責加載 Java 應用所需的資源,如影像檔案和組態檔等,

2.雙親代理機制

代理模式:交給其他的加載器來加載指定的類

雙親委托機制

  就是某個特定的類加載器在接到加載類的請求時,首先將加載任務委托給父類加載器,依次追溯,直到最高的爺爺輩的,

如果父類加載器可以完成類加載任務,就回傳成功;只有父類加載器無法完成此加載任務時,才自己去加載

  雙親委托機制是為了保證java核心庫的型別安全

  類加載器除了用于加載類,也是安全的最基本保障

注:這種機制就保證不會出現用戶自定義java.lang.Object類的情況

  雙親委托機制是代理模式的一種,并不是所有類加載器都采用雙親委托機制,

  tomcat服務器類加載器也使用代理模式,所不同的是它是首先嘗試區加載某個類,

  如果找不到再代理給父類加載器,這與一般類加載器的順序是反的

3.自定義類加載器(檔案,網路,加密)

流程:

  1.繼承java.lang.ClassLoader

  2.首先檢查請求的型別是否已經被這個類裝加載器裝載到命名空間中了,如果已經裝載,直接回傳

  3.委派類加載請求給父類加載器,如果父類加載器能夠完成,則回傳父類加載器加載的Class實體

  4.呼叫本類加載器的findClass(...)方法,試圖獲取對應的位元組碼,如果獲取的到,則呼叫defineClass(..)

匯入型別到方法區;如果獲取不到對應的位元組碼或者其他原因失敗,回傳例外給loadClass(...),loadClass(...)轉拋例外,終止加載程序

注:被兩個類加載器加載的同一個類,jvm不認為是相同的類

例:

 

4.執行緒背景關系類加載器

雙親委托機制以及默認類加載器的問題

一般情況下, 保證同一個類中所關聯的其他類都是由當前類的類加載器所加載的., 比如,ClassA本身在Ext下找到,那么他里面new出來的一些類也就只能用Ext去查找了(不會低一個級別),所以有些明明App可以找到的,卻找不到了,    JDBC API,他有實作的driven部分(mysql/sql server),我們的JDBC API都是由Boot或者Ext來載入的,但是JDBC driver卻是由Ext或者App來載入, 那么就有可能找不到driver了,在Java領域中,其實只要分成這種Api+SPIService Provide Interface,特定廠商提供)的,都會遇到此問題,   常見的 SPI 有 JDBC、JCE、JNDI、JAXP 和 JBI 等,這些 SPI 的介面由 Java 核心庫來提供,如 JAXP 的 SPI 介面定義包含在 javax.xml.parsers 包中, SPI 的介面是 Java 核心庫的一部分,是由引導類加載器來加載的;SPI 實的Java 類一般是由系統類加載器來加載的,引導類加載器是無法找到 SPI 的實作類的,因為它只加載 Java 的核心庫,    通常當你需要動態加載資源的時候 , 你至少有三個 ClassLoader 可以選擇 : 1.系統類加載器或叫作應用類加載器 (system classloader or application classloader) 2.當前類加載器 3.當前執行緒類加載器   當前執行緒類加載器是為了拋棄雙親委派加載鏈模式, 每個執行緒都有一個關聯的背景關系類加載器,如果你使用new Thread()方式生成新的執行緒,新執行緒將繼承其父執行緒的背景關系類加載器, 如果程式對執行緒背景關系類加載器沒有任何改動的話,程式中所有的執行緒將都使用系統類加載器作為背景關系類加載器, Thread.currentThread().getContextClassLoader() Thread.currentThread().setContextClassLoader()

5.服務器類加載原理和OSGI介紹

1.服務器加載原理   TOMCAT不能使用系統默認的類加載器,為了安全TOMCAT需要實作自己的類加載器,   1.如果TOMCAT跑你的WEB專案使用系統的類加載器那是相當危險的,你可以直接是無忌憚是作業系統的各個目錄了,   2.對于運行在 Java EE?容器中的 Web 應用來說,類加載器的實作方式與一般的 Java 應用有所不同,   3.每個 Web 應用都有一個對應的類加載器實體,該類加載器也使用代理模式(不同于前面說的雙親委托機制), 所不同的是它是首先嘗試去加載某個類,如果找不到再代理給父類加載器,這與一般類加載器的順序是相反的,但也是為了保證安全,這樣核心庫就不在查詢范圍之內,   2.OSGI介紹     OSGi?是 Java 上的動態模塊系統,它為開發人員提供了面向服務和基于組件的運行環境,并提供標準的方式用來管理軟體的生命周期,   OSGi 已經被實作和部署在很多產品上,在開源社區也得到了廣泛的支持,Eclipse就是基于 OSGi 技術來構建的, 原理:   OSGi 中的每個模塊(bundle)都包含 Java 包和類,模塊可以宣告它所依賴的需要匯入(import)的其它模塊的 Java 包和類(通過 Import-Package),   也可以宣告匯出(export)自己的包和類,供其它模塊使用(通過 Export-Package),也就是說需要能夠隱藏和共享一個模塊中的某些 Java 包和類,   這是通過 OSGi 特有的類加載器機制來實作的,OSGi 中的每個模塊都有對應的一個類加載器,它負責加載模塊自己包含的Java 包和類,   當它需要加載 Java 核心庫的類時(以 java開頭的包和類),它會代理給父類加載器(通常是啟動類加載器)來完成,當它需要加載所匯入的 Java 類時,它會   代理給匯出此 Java 類的模塊來完成加載,模塊也可以顯式的宣告某些 Java 包和類,必須由父類加載器來加載,   只需要設定系統屬性 org.osgi.framework.bootdelegation的值即可,

 

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