深入研究Java类加载机制
类加载是Java程序运行的第一步,研究类的加载有助于了解JVM执行过程,并指导开发者采取更有效的措施配合程序执行。
研究类加载机制的第二个目的是让程序能动态的控制类加载,比如热部署等,提高程序的灵活性和适应性。
一、简单过程
Java程序运行的场所是内存,当在命令行下执行:
java HelloWorld
命令的时候,JVM会将HelloWorld.class加载到内存中,并形成一个Class的对象HelloWorld.class。
其中的过程就是类加载过程:
1、寻找jre目录,寻找jvm.dll,并初始化JVM;
2、产生一个Bootstrap Loader(引导类加载器);
3、Bootstrap Loader自动加载Extended Loader(标准扩展类加载器),并将其父Loader设为Bootstrap Loader。
4、Bootstrap Loader自动加载AppClass Loader(系统类加载器),并将其父Loader设为Extended Loader。
5、最后由AppClass Loader加载HelloWorld类。
以上就是类加载的最一般的过程。
图示:
二、各种类加载器解释:
1、Bootstrap Loader(引导类加载器):加载System.getProperty("sun.boot.class.path")所指定的路径或jar。
2、Extended Loader(标准扩展类加载器ExtClassLoader):加载System.getProperty("java.ext.dirs")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时,也可以指定其搜索路径,例如:java -Djava.ext.dirs=d:\projects\testproj\classes HelloWorld
3、AppClass Loader(系统类加载器AppClassLoader):加载System.getProperty("java.class.path")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时,也可以加上-cp来覆盖原有的Classpath设置,例如: java -cp ./lavasoft/classes HelloWorld
ExtClassLoader和AppClassLoader在JVM启动后,会在JVM中保存一份,并且在程序运行中无法改变其搜索路径。如果想在运行时从其他搜索路径加载类,就要产生新的类加载器。
三、类加载器的特点
1、运行一个程序时,总是由AppClass Loader(系统类加载器)开始加载指定的类。
2、在加载类时,每个类加载器会将加载任务上交给其父,如果其父找不到,再由自己去加载。(双亲委派机制)
3、Bootstrap Loader(引导类加载器)是最顶级的类加载器了,其父加载器为null.
3、Bootstrap Loader(引导类加载器)是最顶级的类加载器了,其父加载器为null.
四、类加载器的获取
很容易,看下面例子
public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { HelloWorld hello = new HelloWorld(); Class c = hello.getClass(); ClassLoader loader = c.getClassLoader(); System.out.println(loader); System.out.println(loader.getParent()); System.out.println(loader.getParent().getParent()); } }打印结果:
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1 null Process finished with exit code 0从上面的结果可以看出,并没有获取到ExtClassLoader的父Loader,原因是Bootstrap Loader(引导类加载器)是用C语言实现的,找不到一个确定的返回父Loader的方式,于是就返回null。
五、类的加载
类加载有三种方式:
1、命令行启动应用时候由JVM初始化加载
2、通过Class.forName()方法动态加载
3、通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载
三种方式区别比较大,看个例子就明白了:
public class HelloWorld { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { ClassLoader loader = HelloWorld.class.getClassLoader(); System.out.println(loader); //使用ClassLoader.loadClass()来加载类,不会执行初始化块 loader.loadClass("Test2"); //使用Class.forName()来加载类,默认会执行初始化块 // Class.forName("Test2"); //使用Class.forName()来加载类,并指定ClassLoader,初始化时不执行静态块 // Class.forName("Test2", false, loader); } }
public class Test2 { static { System.out.println("静态初始化块执行了!"); } }
分别切换加载方式,会有不同的输出结果。
六、Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别
Class.forName():将类的.class文件加载到jvm中之外,还会对类进行解释,执行类中的static块;
ClassLoader.loadClass():只干一件事情,就是将.class文件加载到jvm中,不会执行static中的内容,只有在newInstance才会去执行static块。
注:
Class.forName(name, initialize, loader)带参函数也可控制是否加载static块。并且只有调用了newInstance()方法采用调用构造函数,创建类的对象 。
示例:
1.使用classLoader加载
System.out.println("before loadClass... "); Class c =Test.class.getClassLoader().loadClass("com.hundsun.test.ClassInfo"); System.out.println("after loadClass... "); System.out.println("before newInstance... "); ClassInfo info1 =(ClassInfo) c.newInstance(); System.out.println("after newInstance... "); 输出结果: before loadClass... after loadClass... before newInstance... static invoked... contruct invoked... after newInstance...2.使用class.forName进行加载
System.out.println("before class.forName"); Class cc =Class.forName("com.hundsun.test.ClassInfo"); System.out.println("after class.forName"); ClassInfo info2 =(ClassInfo) cc.newInstance(); 输出结果: before class.forName static invoked... after class.forName before newInstance... contruct invoked... after newInstance...
下面说一下两者具体的执行过程 :
LoadClass()方法加载类及初始化过程:
类加载(loadclass())(加载)——》newInstance()(链接+初始化)
newInstance():
(开始连接)静态代码块——》普通变量分配准备(a=0;b=0;c=null)——》(开始初始化)普通变量赋值(a=1;b=2;c=”haha”)——》构造方法——》初始化成功。
Class.forName(Stirng className)一个参数方法加载类及初始化过程:
类加载(Class.forName())(加载)——》静态代码块——》newInstance()(链接+初始化)
newInstance():
(开始连接)普通变量分配准备(a=0;b=0;c=null)——》(开始初始化)普通变量赋值(a=1;b=2;c=”haha”)——》构造方法——》初始化成功。
Class.forName()三个参数的加载类及初始化过程同classLoader一样。
类加载(loadclass())(加载)——》newInstance()(链接+初始化)
newInstance():
(开始连接)静态代码块——》普通变量分配准备(a=0;b=0;c=null)——》(开始初始化)普通变量赋值(a=1;b=2;c=”haha”)——》构造方法——》初始化成功。
Class.forName(Stirng className)一个参数方法加载类及初始化过程:
类加载(Class.forName())(加载)——》静态代码块——》newInstance()(链接+初始化)
newInstance():
(开始连接)普通变量分配准备(a=0;b=0;c=null)——》(开始初始化)普通变量赋值(a=1;b=2;c=”haha”)——》构造方法——》初始化成功。
Class.forName()三个参数的加载类及初始化过程同classLoader一样。
从上边的断点调试可以看出,静态代码块不是在初始化阶段完成的,它陷于类初始化,先于普通变量默认分配(整型分配为0,字符串分配为null),这也就是为什么我们不能在静态代码块中引用普通变量的原因之一,这与上面所谓的“分配”、“初始化”相违背。
所以我觉得JVM的类加载及初始化过程应该是这样的:
1. 类加载:Bootstrap Loader——》Extended Loader——》System Loader 2. 静态代码块初始化 3. 链接: a) 验证:是否符合java规范 b) 准备:默认初始值 c) 解析:符号引用转为直接引用,解析地址 4. 初始化 a) 赋值:java代码中的初始值 b) 构造:构造函数
有关ClassLoader还有很重要一点:
同一个ClassLoader加载的类文件,只有一个Class实例。但是,如果同一个类文件被不同的ClassLoader载入,则会有两份不同的ClassLoader实例(前提是着两个类加载器不能用相同的父类加载器)。
ClassLoader源码分析:(双亲委派机制原理)
public Class<?> loadClass(String name)throws ClassNotFoundException { return loadClass(name, false); } protectedsynchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { // 首先判断该类型是否已经被加载 Class c = findLoadedClass(name); if (c == null) { //如果没有被加载,就委托给父类加载或者委派给启动类加载器加载 try { if (parent != null) { //如果存在父类加载器,就委派给父类加载器加载 c = parent.loadClass(name, false); } else { //如果不存在父类加载器,就检查是否是由启动类加载器加载的类,通过调用本地方法native Class findBootstrapClass(String name) c = findBootstrapClass0(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { // 如果父类加载器和启动类加载器都不能完成加载任务,才调用自身的加载功能 c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; }
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