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news 2025/10/21 21:19:08

网站建设优化公司招聘,编程培训班学费是多少,宿迁seo,自己怎么样建网站视频【学习笔记】深入理解JVM之类加载机制以后基本上都在语雀上面更新#xff0c;大家有兴趣可以看看嗷#xff01; 首发地址#xff1a; 知识库文章流程图#xff1a; 1、概述首先我们先来看看一个 Class 文件所需要经过的一个流程图#xff1a; 而我们今天要重点需讲的…【学习笔记】深入理解JVM之类加载机制以后基本上都在语雀上面更新大家有兴趣可以看看嗷首发地址知识库文章流程图 1、概述首先我们先来看看一个 Class 文件所需要经过的一个流程图而我们今天要重点需讲的就是类加载器这部分。在讲类加载器之前先问一个问题——什么是 Class 文件 Class 文件是一组 8 字节为基础单位的二进制文件各个数据项项目严格按照顺序紧凑地排列在文件之中中间没有添加任何分隔符这使得 Class 文件中存储的内存内容部分都是程序运行的必要数据没有空隙存在。通过上面的回答我们知道 Class 文件是一个以 8 自己为基础单位的二进制文件那如果遇到一个需要占用8字节以上的的空间数据项时会怎么办当出现占用超过 8 以上空间的数据项时则会采用高位在前的方式分割成若干个 8 个字节进行存储。补充一般 Class 文件的头四个字节被称为魔数Magic Number 它的作用就是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的 Class 文件。 2、类加载机制那什么又是类加载机制呢 Java虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存并对数据进行校验、转换解析和初始化最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型这个过程被称作虚拟机的类加载机制。类加载的过程图 2.1 加载注意此处的 “加载” 是 ‘’类加载“ 过程中的一个阶段大家不要弄混了嗷。在加载阶段Java 虚拟机需要完成以下三件事通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象作为方法区这个类的各种数据的访问入口。补充可以获取二进制字节流的方式从ZIP压缩包中读取这很常见最中成为日后JAR、EAR、WAR的格式基础。从网络中获取这种场景最低昂行的应用就是 Web Applet 。运行时计算生成这种场景使用得最多的就是动态代理技术在 java.lang.reflect.Proxy 中就是用了 ProxyGenerator.generateProxyClass() 来为特定接口生成形式为 *$Proxy 的代理类的二进制字节流。从数据库中读取。其他文件生成。… 2.2 验证验证是链接阶段的第一步这一阶段的目的是确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求保证这些信息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。举个例子我们知道 Class 文件并不一定都是 Java 源码编译而来它可以使用包括靠键盘 0和1 直接在二进制编辑器中敲出 Class 文件。如果不进行此方面的验证对其完全信任的话可能会有恶意的企图的字节码流程而导致整个系统搜到破坏。所以说验证字节码是 Java 虚拟机自我保护的一项必要措施。验证阶段是是十分严谨的直接决定了 Java虚拟机是否能承受恶意代码的攻击。验证阶段大致分为以下四个阶段文件格式验证元数据验证字节码验证符号引用验证 ♣️ 2.2.1 文件格式验证第一阶段就是需要验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范并且能被当前版本的虚拟机处理。这一阶段可能包括下面这些验证点是否以魔数 0xCAFEBABE 开头。主、次版本号是否在当前的 Java 虚拟机接受范围之内。常量池的常量中是否有不被支持的常量类型。指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量。CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UTF-8编码的数据。Class 文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息。… 目的上述的验证阶段主要是为了保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区内。这个阶段是基于二进制字节流进行的只有通过了这个阶段的验证之后这段字节流才被允许进入Java虚拟机内存的方法区中进行存储。所以后面的三个验证阶段都是基于方法区的存储结构来进行的。 ♣️ 2.2.2 元数据验证第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析以保证其描述的信息符合《Java语言规范》要求这个阶段可能包括的验证点如下这个类是否有父类除了 java.lang.Object 之外所有的类都应当有父类。这个类的父类是否继承了不允许被继承的类被final修饰的类。如果这个类不是抽象类是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法。类中的字段、方法是否与父类产生矛盾例如覆盖了父类的final字段或者出现不符合规则的方法重载例如方法参数都一致但是返回值类型却不同等。… 目的是对类的元数据信息进行语义校验保证不存在《Java语言规范》定义相悖的元数据信息。 ♣️ 2.2.3 字节码验证本阶段是真个验证阶段最为复杂的一个阶段主要目的是通过数据流分析和控制流分析确定程序语义是合法的、符合逻辑的。本阶段是对方法体Class文件中的Code属性进行校验分析保证被校验类的方法在运行时不会做出未来虚拟机安全的行为。例如保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作例如不会出现类似于“在操作栈放置了一个int类型的数据使用时却按照long类型来加载本地变量表中” 这样的情况。保证跳转指令都不会跳转到方法体以外的字节码指令上。保证方法体中的类型转换总是有效的例如可以把一个子类的对象赋值给父类数据类型这样是安全的但是把父类对象赋值给自类数据类型甚至把对象赋值给与它毫无继承关系、完全不想干的一个数据类型则是危险和不合法的。如果有一个方法体中的字节码没有通过字节码的验证那它肯定是有问题的。但是如果通过了验证也不能百分之百的保证他是安全的。 ♣️ 2.2.4 符号引用验证最后一个阶段的校验行为发生在虚拟机将符号转化为直接引用的时候这个转化动作将在连接的第三阶段解析阶段中发生。其可以看作是对类自身以为常量池中各个符号引用的各类信息进行匹配性校验通俗来说就是该类是否缺少或者被禁止访问它依赖的某些外部类、方法、字段等资源。本阶段通常需要校验下列内容符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类。在指定类中是否存在符合方法的字段描述符及简单名称所描述的方法和字段。符号引用中的类、字段、方法的可访问性 private、protected、public、package 是否可被当前类访问。… 本阶段的主要目的就是确保解析行为能正常执行如果无法通过符号引用验证阶段 Java虚拟机将会抛出一个 java.lang.IncompatibleClassChangeError 的子类异常典型的如java.lang.IllegalAccessError、java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchMethodError 等。 ♣️ 2.2.5 总结验证阶段对于虚拟机的类加载机制来说是一个非常重要的、但却不是必须要执行的阶段因为验证阶段只有通过或者不通过的差别只要通过了验证其后就对程序运行期没有任何影响如果程序运行的全部代码包括自己编写的、第三方包中的、从外部加载的、动态生成的等所有代码都已经被反复使用和验证过了再生产环境的实施阶段即可以考虑使用 -X verify:none 参数来关闭大部分的类验证措施以缩短虚拟机类加载的时间。 2.3 准备准备阶段是正式为类中定义的变量静态变量被 static 修饰的变量分配内存并设置变量的初始值的阶段。从概念上讲这些变量所使用的内存都应当在方法区中进行配置但应该注意方法区本生就是一个逻辑上的区域。在 JDK1.8 之后类变量会随着 Class 对象一起存放在 Java 堆中。注意准备阶段进行内存分配的仅包括类变量而不是实例变量实例变量将会在对象实例化的时候随着对象一起分配在Java堆中。我们通常情况下数据类型零值。例如 public static int value 123;如上述代码value 在准备阶段过后的初始值为0而不是123因为这时尚未开始执行任何Java方法而把 value 赋值为123的 putstatic 指令是程序被编译后存放于类构造器 clinit() 方法之中所以把 value 赋值为123的动作要到类的初始化阶段才会被执行。零值表补充但是会出现特殊情况如果类字段的字段属性表中存在 ConstantValue 属性那在准备阶段变量值就会被初始化为 ConstantValue 属性所指定的初始值如果上面代码改为以下情况 public static final int value 123;编译时 Javac 会将为 value 值生成 ConstantValue 属性在准备阶段虚拟机就会根据 ConstantValue 的设置将 value 赋值为 123。总结为类变量分配内存并切设置该类变量的默认初始值即零值。这里不包含使用 final 修饰的 static 因为 final 在编译的时候机会分配准备阶段会显示初始化。这里不会为实例变量分配初始化类变量会分配在方法区中而实例变量实惠随着对象一起分配到 Java堆中。 2.3 解析解析过程是 Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用符号引用以一组符号来描述所引用的目标符号可以是任何形式的字面量只要使用时能无歧义地定位到目标即可。直接引用直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能间接定位到目标的句柄。解析的流程有以下四个类或接口的解析字段解析方法解析接口方法解析事实上解析操作都是往往伴随着 JVM 在执行过程中完成初始化之后再执行。 2.4 初始化类的初始化阶段是类加载过程的最后一个步骤之前介绍的的几个类的加载动作里除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器的方式局部参与其余动作完全由 Java 虚拟机来主导控制权。直到初始化阶段 Java 虚拟机才开始真正开始执行类中编写的 Java 程序代码将主导权移交给应用程序。而在初始化阶段则会根据程序员通过程序编码指定的主观计划去初始化类变量和其他资源。总结初始化阶段就是执行类构造器 clinit() 方法的过程。此方法不需要被定义而javac编译器自动收集类中所有变量值的赋值动作和静态代码块中语句合并而来。构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。clinet() 不同于类的构造器init()若该类具有父类JVM 保证子类的 client() 执行前父类的 clinit() 已经执行完毕。虚拟机必须保证一个类的 clinit() 方法再多线程下被同步加锁。 3、类加载器首先我们要知道什么是类加载器通过一个类的全限定名来获取描述该类的二进制字节流这个动作放到 Java 虚拟机外部去实现以便让应用程序自己去决定如何获取所需的类。实现这个动作的代码被称为类加载器Class Loader 。对于任意一个类都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在 java 虚拟机中的唯一性每一个类加载器都拥有一个独立的类名称空间。通俗一点讲就是比较两个类是否相等只有在这两个类是同一个类加载器加载的前提下才有意义。类加载器一共有以下几种名称加载哪的类说明Bootstrap ClassLoader(启动类加载器)JAVA_HOME/jre/lib无法直接访问Extension ClassLoader(扩展类加载器)JAVA_HOME/jre/lib/ext上级为 Bootstrap显示为 nullApplication ClassLoader(应用程序类加载器)classpath上级为 Extension自定义类加载器自定义上级为 Application 类加载器的优先级由高到低启动类加载器 - 扩展类加载器 - 应用程序类加载器 - 自定义类加载器。 3.1 启动类加载器Bootstrap ClassLoader 这个类加载器是使用 C/C 语言来实现的嵌套在 JVM 内部。它用来加载 Java 的核心库JAVA_HOME/jre/lib用于提供 JVM 自身需要的类。并不是继承自 java.lang.Class.ClassLoader 没有父加载器。加载扩展类和应用程序类加载器并指定为他们的父类加载器。获取启动类能够加载的路径 public static void main(String[] args) {URL[] urLs Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();for(URL element: urLs){System.out.println(element.toExternalForm());}}file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/resources.jar file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/rt.jar file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/sunrsasign.jar file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/jsse.jar file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/jce.jar file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/charsets.jar file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/jfr.jar file:/Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/classes 3.2 扩展类加载器Extension ClassLoader Java语言编写由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。派生于ClassLoader类。父类加载器为启动类加载器。从 java.ext.dirs 系统属性所指定的目录中加载类库或从 JDK 的安装目录的 jre/lib/ext 子目录扩展目录下加载类库。如果用户创建JAR在此目录下则会自由由扩展类加载器加载。 //获取系统类加载器 ClassLoader systemClassLoader ClassLoader.getSystemClassLoader(); System.out.println(systemClassLoader); // sun.misc.Launcher$AppClassLoader18b4aac2例如 public static void main(String[] args) {String property System.getProperty(java.ext.dirs);for(String p: property.split(:)){System.out.println(p);}}输出 /Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/Extensions /Users/tiejiaxiaobao/Library/Java/JavaVirtualMachines/liberica-1.8.0_345/jre/lib/ext /Library/Java/Extensions /Network/Library/Java/Extensions /System/Library/Java/Extensions /usr/lib/java 3.3 应用程序加载器AppClassLoader 由Java语言编写由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。派生于 ClassLoader 类。父类加载器为扩展加载器。它负责加载环境变量 classpath 或系统属性 java.class.path 指定路径下的类库。 3.4 用户自定义类加载器为什么要自定义类加载器呢隔离加载类修改类加载的方式扩展加载源防止源码泄露那又什么时候去定义呢 1想加载非 classpath 随意路径中的类文件2都是通过接口来使用实现希望解耦时常用在框架设计3这些类希望予以隔离不同应用的同名类都可以加载不冲突常见于 tomcat 容器步骤继承 ClassLoader 父类。要遵从双亲委派机制重写 findClass 方法注意不是重写 loadClass 方法否则不会走双亲委派机制。读取类文件的字节码。调用父类的 defineClass 方法来加载类。使用者调用该类加载器的 loadClass 方法。 4、双亲委派模型 ♣️ 什么是双亲委派模型呢如果一个类加载器收到了类加载的请求它首先不会自己去尝试加载这个类而是把这个请求委派给父类加载器去完成每一个层次的类加载器都是如此因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求它的搜索范围中没有找到所需的类时子加载器才会尝试自己去加载。实现 protected synchronized Class? loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {// 首先检查请求的类是否已经被加载过了 Class c findLoadedClass(name); if (c null) {try {if (parent ! null) {c parent.loadClass(name, false);} else {c findBootstrapClassOrNull(name); }} catch (ClassNotFoundException e) {// 如果父类加载器抛出ClassNotFoundException // 说明父类加载器无法完成加载请求}if (c null) {// 在父类加载器无法加载时// 再调用本身的findClass方法来进行类加载 c findClass(name);} }if (resolve) { resolveClass(c);}return c; }♣️为什么使用双亲委派模型呢(好处) 采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系通过这种层级关可以避免类的重复加载当父加载器已经加载了该类时就没有必要子加载器再加载一次。其次是考虑到安全因素java 核心 api 中定义类型不会被随意替换假设通过网络传递一个名为 java.lang.Integer 的类通过双亲委托模式传递到启动类加载器而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类发现该类已被加载并不会重新加载网络传递的过来的 java.lang.Integer而直接返回已加载过的 Integer.class这样便可以防止核心API库被随意篡改。参考本篇笔记参考尚硅谷JVM 26 - 36 集《深入理解Java虚拟机》第三版第六章—类文件结构第七章—虚拟机类加载机制文章地址https://blog.csdn.net/weixin_43591980/article/details/119916684
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