JVM的类加载通过ClassLoader及其子类来完成,分为Bootstrap ClassLoader、Extensin ClassLoader、System ClassLoader(在Sun JDK中对应的类名为AppClassLoader)及 User-Defined ClassLoader,其关系如下图:
1.Bootstrap ClassLoader Sun JDK 采用C++实现了此类,此类并非ClassLoader的子类,在代码中没有办法拿到这个对象,Sun JDK 启动时会初始化此ClassLoader,并由ClassLoader完成$JAVA_HOME 中jre/lib/rt.jar里所有class文件的加载;
2.Extension ClassLoader JVM用此ClassLoader来加载扩展功能的一些jar包,例如JDK中dns工具jar包等,对应的类名为ExtClassLoader;
3.System ClassLoader JVM 用此ClassLoader来加载启动参数中指定的Classpath中的jar包及目录,在Sun JDK中ClassLoader对应的类名为AppClassLoader;
4.User-Defined ClassLoader 这是开发人员继承ClassLoader抽象类自行实现的ClassLoader,可以用加载非Classpath中的jar及目录、还可以在加载之前对class文件做一些动作,例如解密等;
JVM会保证同一个ClassLoader实例对象中只能加载一次同样名称的Class
Cloader抽象类提供了几个关键的方法
-
loadClass 此方法负责加载指定名字的类,ClassLoader的实现方法为先从已经加载的类中寻找,如没有,则继续从 parent ClassLoader中寻找;如果仍然没有找到,则从System ClassLoader中寻找,最后再调用findClass方法来寻找;如果最终没有找到就抛出ClassNotFoundException;
-
findLoaderClass 方法负责从当前ClassLoader实例对象的缓存中寻找已加载的类,调用的为native的方法;
-
findClass 此方法直接抛出ClassNotFoundException,因此要通过覆盖loadClass或此方法来以自定义的方式加载相应的类;
-
findSystemClass 此负责从System ClassLoader 中寻找,如未找到,则继续从Bootstrap ClassLoader 中寻找,如果仍然未找到,则返回null;
-
defineClass 此方法负责将二进制的字节码转换成Class对象,如果二进制的字节码的格式不符合JVM Class文件的格式,则抛出ClassFormatError;如果生成的类名和二进制字节码中的不同,则抛出NoClassDefFoundError;如果加载的class是受保护的、采用不同签名的或者类名是以java.开头的,则抛出SecurityException;如果加载的class在此ClassLoader中已加载,则抛出LinkageError;
-
resolveClass 此方法负责完成Class对象的链接,如果链接过,则会直接返回;
3.类的执行机制
在源码编译阶段源码编译为JVM字节码,JVM字节码是一种中间代码的方式,要由JVM在运行期对其进行解释并执行,这种方式称为字节码解释执行方式;
1.字节码解释执行
JVM采用了invokestatic,invokevirtual,invokeinterface和invokespecial四个指令来执行不同的方法调用。
invokestatic对应的是调用static方法,invokevirtual对应的是调用对象实例的方法,invokeinterface对应的是调用接口的方法,invokespecial对应的是调用private方法和编译源码后生成的<init>方法;
Sun JDK基于栈的体系结构来执行字节码,基于栈方式的好处为代码紧凑,体积小,线程在创建后,都会产生程序计数器(pc)(或称为PC registers)和栈(Stack);PC存放了下一条要执行的指令在方法内的偏移量;栈中存放了栈帧(StackFrame),每个方法每次调用都会产生栈帧。栈帧主要分为局部变量区和操作数栈两部分,局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数,操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果,栈帧中还会有一些杂用空间,例如指向方法已解析的常量池的引用、其他一些JVM内部实现需要的数据等;
2.编译执行
解释执行的效率较低,Sun JDK在执行过程中对执行频率高的代码进行编译,对执行不频繁的代码则继续采用解释的方式;在编译上Sun JDK提供了两种模式:client compiler(-client)和server compiler(-server)。
client compiler又称为C1,较为轻量级,只做少量性能开销比高的优化,它占用内存较少,适合于桌面交互式应用,其他方面的优化主要有:
- 方法内联 这种方法把调用到的方法的指令直接植入当前方法中,如下代码:
public void bar(){
....
bar2();
....
}
private void bar2(){
//bar2;
}
上面代码编译后就变成类似下面的结构:
public void bar(){
....
//bar2
....
}
-
去虚拟化 去虚拟化是指在装载class文件后,进行类层次的分析,如发现类中的方法只提供一个实现类,那么对于调用了此方法的代码,也可进行方法内联;
-
冗余削除 冗余削除是指在编译时,根据运行时状况进行代码折叠或削除,例如一段这样的代码:
public void execute(){
if(isDebug){
log.debug("enter this method: execute");
}
//do something
}
如isDebug的值是false,在执行C1编译后,这段代码就变成类似下面的结构:
public void execute(){
//do something
}
Server compiler又称C2,较为重量级,它采用大量的传统编译优化技巧来进行优化,占用内存相对会多一些,适合于服务器端的应用;逃逸分析是C2进行很多优化的基础,逃逸分析是指根据运行状况来判断方法中的变量是否会被外部读取,如不会则认为此变量是逃逸的,基于逃逸分析C2在编译时会标量替换,栈上分配和同步消除等优化;
- 标量替换 就是用标量替换聚合量,例如下面这段代码:
Point point=new Point(1,2);
System.out.println("point.x="+point.x+";point.y"+point.y);
当point对象在后面的执行过程中未用到时,经过编译后,代码会变成类似下面的结构:
int x=1;
int y=2;
System.out.println("point.x="+x+";point.y"+y);
- 栈上分配 在上面的例子中,如果p没有逃逸,那么C2会选择在栈上直接创建Point对象实例,而不是在堆上;
-
同步削除 指如果发现同步的对象未逃逸,那也没有同步的必要了,在C2编译时会直接去掉同步,例如:
Point point=new Point(1,2);
synchronized(point) {
//do something;
}
经过分析如果发现point未逃逸,在编译后,代码就会变成下面的结构:
Point point = new Point(1,2);
//do something
Sun JDK之所以未选择在启动时即编译成机器码,有下面几个原因:
- 静态编译并不能根据程序的运行状况来优化执行的代码
- 解释执行比编译执行更节省内存
- 启动解释执行的启动速度比编译再启动更快
相关推荐
一般而言,开发者社群说到动态语言,大致认同的一个定义是:“程序运行时,允许改变程序结构或变量类型,这种语言称为动态语言”。从这个观点看,Perl,Python,Ruby是动态语言,C++,Java,C#不是动态语言。
Java 反射机制 代码的实例 请认真阅读 运行此代码 只要读懂了 反射机制也就明白了
执行 java -jar encrypt.jar 3.输入h,然后回车,可以看到帮助菜单 4.输入3,然后按回车键,进入加入jar文件功能 5.输入要加密的jar文件的路径 6.提示输入秘钥(key)的时候,直接回车,不要输入任何字符(否则后面...
其中一个类的运行结果是: 该对象的类型是:class package2.Customer id :1234 name :zhansan age :19 zhansan 19 1234 --------------------------- package2.Customer@9664a1 package2.Customer@1a8c4e7
相比于动态编译执行Java程序,在某些情况下,将Java程序静态编译成本地代码的执行模式,可以获得更好的性能.本文提出了一种适合处理Java异常机制的静态编译算法,并基于Open64开源编译器,对该算法进行了代码实现和验证。...
它使您能够创建灵活的代码,这些代码可以在运行时装配,无需在组件之间进行源代表链接。反射允许我们在编写与执行时,使我们的程序代码能够接入装载到JVM中的类的内部信息,而不是源代码中选定的类协作的代码。这使...
Java二进制IO类与文件复制操作实例,好像是一本书的例子,源代码有的是独立运行的,与同目录下的其它代码文件互不联系,这些代码面向初级、中级Java程序员。 Java访问权限控制源代码 1个目标文件 摘要:Java源码,...
Java二进制IO类与文件复制操作实例,好像是一本书的例子,源代码有的是独立运行的,与同目录下的其它代码文件互不联系,这些代码面向初级、中级Java程序员。 Java访问权限控制源代码 1个目标文件 摘要:Java源码,...
即可以在Java代码中调用C/C++等语言的代码或者在C/C++代码中调用Java代码。由于JNI是JVM规范的一部分,因此可以将我们写的JNI的程序在任何实现了JNI规范的Java虚拟机中运行。同时,这个特性使我们可以复用以前用C/...
Java二进制IO类与文件复制操作实例,好像是一本书的例子,源代码有的是独立运行的,与同目录下的其它代码文件互不联系,这些代码面向初级、中级Java程序员。 Java访问权限控制源代码 1个目标文件 摘要:Java源码,...
评分方式兼顾了可执行代码的动态测试与源程序的静态分析, 实现了对不同的考生程序采用以下两种评分方法: (1)对于可以通过编译的考生程序,利用 Java 反射机制提取考生程序的相 关信息进行黑盒测试,给出测试分,...
Java程序的运行机制 了解Java程序的运行机制 掌握使用命令行方式开发Java程序的步骤 Java程序的运行机制 编写源程序 编译源程序 由Java解释器解释运行 字节码文件 命令行方式开发Java程序的步骤 1.用记事本编写Java...
Java有两种核心机制:java虚拟机(JavaVirtual Machine):垃圾收集机制(Garbage collection) 这两种机制在支持着java程序的运行 Java虚拟机(JVM) Java虚拟机(JVM)一种... 正因为这个虚拟机的存在,才让java代码
代码范例列表 第1章 示例描述:本章演示如何开始使用JDK进行程序的开发。 HelloWorldApp.java 第一个用Java开发的应用程序。 firstApplet.java 第一个用Java开发的Applet小程序。 firstApplet.htm 用来装载...
java运行机制 java核心机制 java虚拟机 jvm java virtual machine 1. jvm是一个虚拟的计算机,具有指令集并使用不同的存储区域。负责执行管理数据、内存、寄存器,包含在JDK中 2. 不同平台,不同虚拟机 3. java...
当我们编写并编译Java代码后,生成的是字节码文件(.class文件)。而JRE就负责将这些字节码文件转换为机器能够执行的指令。它通过Java虚拟机来实现对字节码的解释或即时编译执行。 Java虚拟机是JRE中最重要的组成...
在这个程序中用到了一个“状态”的机制:客户端与服务器端在开始运行时有相同的状态,通过用户的输入或程序内部运行的机制,程序可以转到不同的状态,在不同的状态下程序实现了不同的功能。 程序代码有详细的注释,...
有一个庞大的库,库中包含很多可重用的代码和提供安全性、可移植性以及可自动垃圾回收等服务的执行环境。 JAVA特点: 简单性:摒弃了C++中易引发错误的特性,如指针和内存管理; 面向对象性:支持代码继承及...
Java二进制IO类与文件复制操作实例,好像是一本书的例子,源代码有的是独立运行的,与同目录下的其它代码文件互不联系,这些代码面向初级、中级Java程序员。 Java访问权限控制源代码 1个目标文件 摘要:Java源码...
而类加载是Java程序执行过程中的一个重要的组成部分,它实现了程序的动态加载和运行。 在字节码方面,我们将从Java语言的语法和编译原理等重要内容出发,全面解读字节码在Java程序的开发和运行中的应用。我们将详细...