[[379157]]

任何程序都需加載到內(nèi)存才能與CPU進(jìn)行交流，字節(jié)碼.class文件也不例外，加載到內(nèi)存中才可實(shí)例化類。

ClassLoader的使命就是提前加載.class 類文件到內(nèi)存，在加載類時(shí)，使用的Parents Delegation Model(溯源委派模型)。

Java的類加載器是一個(gè)運(yùn)行時(shí)核心基礎(chǔ)設(shè)施模塊，主要是在啟動(dòng)之初進(jìn)行類的加載、鏈接、初始化：

• Java 類加載過程

Load-加載

由類加載器執(zhí)行。

讀取類文件(通常在 classpath 所指定的路徑中查找，但classpath也非必須的)，查找字節(jié)碼，從而產(chǎn)生二進(jìn)制流，并轉(zhuǎn)為特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

初步校驗(yàn)cafe babe魔法數(shù)、常量池、文件長度、是否有父類等，然后創(chuàng)建對(duì)應(yīng)類的java.lang.Class實(shí)例。

Link-鏈接

將已讀入內(nèi)存的類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)合并到 JVM 運(yùn)行時(shí)環(huán)境。

包括如下三步：

驗(yàn)證

確保被加載類的正確性。驗(yàn)證類中的字節(jié)碼，是更詳細(xì)的校驗(yàn)，比如final是否合規(guī)、類型是否正確、靜態(tài)變量是否合理

準(zhǔn)備

為類的static字段分配內(nèi)存，并設(shè)定初始默認(rèn)值，解析類和方法確保類與類之間的相互引用正確性，完成內(nèi)存結(jié)構(gòu)布局

解析

如果需要的話，將解析這個(gè)類創(chuàng)建的對(duì)其他類的所有引用，將常量池的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換成直接引用 。

Init-初始化

執(zhí)行類構(gòu)造器，若賦值是通過其他類的靜態(tài)方法來完成的，則會(huì)馬上解析另類，在JVM棧中執(zhí)行完畢后通過返回值進(jìn)行賦值。

類加載是一個(gè)將.class字節(jié)碼文件實(shí)例化成Class對(duì)象并進(jìn)行相關(guān)初始化的過程。

在這個(gè)過程中，JVM會(huì)初始化繼承樹上還沒有被初始化過的所有父類，并且會(huì)執(zhí)行這個(gè)鏈路上所有未執(zhí)行過的靜態(tài)代碼塊、靜態(tài)變量賦值語句等。

某些類在使用時(shí)，也可以按需由類加載器進(jìn)行加載。

全小寫的class是關(guān)鍵字，用來定義類

而首字母大寫的Class,它是所有class的類

這句話理解起來有難度，類已經(jīng)是現(xiàn)實(shí)世界中某種事物的抽象，為什么這個(gè)抽象還是另外一個(gè)類Class的對(duì)象?

示例代碼如下:

第1處說明:

Class類下的newInstance()在JDK9中已經(jīng)置為過時(shí)，使用getDeclaredConstructor().newInstance()的方式

著重說明一下new與newInstance的區(qū)別

new是強(qiáng)類型校驗(yàn)，可以調(diào)用任何構(gòu)造方法，在使用new操作的時(shí)候，這個(gè)類可以沒有被加載過

而Class類下的newInstance是弱類型，只能調(diào)用無參構(gòu)造方法

• 如果沒有默認(rèn)構(gòu)造方法，就拋出InstantiationException異常;
• 如果此構(gòu)造方法沒有權(quán)限訪問，則拋 IllegalAccessException異常

Java 通過類加載器把類的實(shí)現(xiàn)與類的定義進(jìn)行解耦，所以是實(shí)現(xiàn)面向接口編程、依賴倒置的必然選擇。

第2處說明

可以使用類似的方式獲取其他聲明，如注解、方法等

第3處說明: private 成員在類外是否可以修改?

通過setccessible(true),即可使用Class類的set方法修改其值

如果沒有這一步,則拋出如下異常:

 

1 加載的定位

“加載”是“類加載”(Class Loading)過程的第一步。

1.1 加載過程

JVM主要做如下事情：

• 通過類的全限定名(保證全局唯一)獲取該類的二進(jìn)制字節(jié)流(class文件)

 在程序運(yùn)行過程中，當(dāng)要訪問一個(gè)類時(shí),若發(fā)現(xiàn)這個(gè)類尚未被加載，并滿足類初始化的條件時(shí)，就根據(jù)要被初始化的這個(gè)類的全限定名找到該類的二進(jìn)制字節(jié)流，開始加載過程。

把類加載階段的“通過類的全限定名來獲取該類的二進(jìn)制字節(jié)流”這個(gè)動(dòng)作交給虛擬機(jī)之外的類加載器來完成的好處在于，可自行實(shí)現(xiàn)類加載器來加載其他格式的類，只要是二進(jìn)制字節(jié)流就行，這就大大增強(qiáng)加載器的靈活性。

• 將這個(gè)字節(jié)流的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)該類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)該類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口，所以所有類都可以調(diào)用 getClass 方法

程序在運(yùn)行中所有對(duì)該類的訪問都通過這個(gè)類對(duì)象,也就是這個(gè)Class對(duì)象是提供給外界訪問該類的接口

1.2 加載源

JVM規(guī)范對(duì)于加載過程給予了較大的寬松度。一般二進(jìn)制字節(jié)流都從已經(jīng)編譯好的本地class文件中讀取，此外還可以從以下地方讀取

• zip包
• Jar、War、Ear等
• 其它文件生成
• 由JSP文件中生成對(duì)應(yīng)的Class類
• 數(shù)據(jù)庫中
• 將二進(jìn)制字節(jié)流存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中,然后在加載時(shí)從數(shù)據(jù)庫中讀取.有些中間件會(huì)這么做,用來實(shí)現(xiàn)代碼在集群間分發(fā)
• 網(wǎng)絡(luò)
• 從網(wǎng)絡(luò)中獲取二進(jìn)制字節(jié)流，比如Applet
• 運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算生成
• 動(dòng)態(tài)代理技術(shù)，用PRoxyGenerator.generateProxyClass為特定接口生成形式為"*$Proxy"的代理類的二進(jìn)制字節(jié)流

1.3 類和數(shù)組加載過程的區(qū)別

數(shù)組也有類型,稱為“數(shù)組類型”，如：

String[] str = new String[10];

這個(gè)數(shù)組的數(shù)組類型是Ljava.lang.String，而String只是這個(gè)數(shù)組的元素類型。

當(dāng)程序在運(yùn)行過程中遇到new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組時(shí)，由JVM直接創(chuàng)建數(shù)組類,再由類加載器創(chuàng)建數(shù)組中的元素類型。

而普通類的加載由類加載器創(chuàng)建。既可以使用系統(tǒng)提供的引導(dǎo)類加載器，也可以由用戶自定義的類加載器完成(即重寫一個(gè)類加載器的loadClass()方法)

1.4 加載過程的注意點(diǎn)

JVM規(guī)范并未給出類在方法區(qū)中存放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

類完成加載后,二進(jìn)制字節(jié)流就以特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在方法區(qū)中,但存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由虛擬機(jī)自己定義的,虛擬機(jī)規(guī)范并沒有指定

JVM規(guī)范并沒有指定Class對(duì)象存放的位置

在二進(jìn)制字節(jié)流以特定格式存儲(chǔ)在方法區(qū)后,JVM會(huì)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class類的對(duì)象,作為本類的外部訪問接口

既然是對(duì)象就應(yīng)該存放在Java堆中,不過JVM規(guī)范并沒有給出限制,不同的虛擬機(jī)根據(jù)自己的需求存放這個(gè)對(duì)象

HotSpot將Class對(duì)象存放在方法區(qū).

加載階段和鏈接階段是交叉的

類加載的過程中每個(gè)步驟的開始順序都有嚴(yán)格限制,但每個(gè)步驟的結(jié)束順序沒有限制.也就是說,類加載過程中,必須按照如下順序開始:

加載 -> 鏈接 -> 初始化

但結(jié)束順序無所謂,因此由于每個(gè)步驟處理時(shí)間的長短不一就會(huì)導(dǎo)致有些步驟會(huì)出現(xiàn)交叉

2 驗(yàn)證

驗(yàn)證階段比較耗時(shí),它非常重要但不一定必要(因?yàn)閷?duì)程序運(yùn)行期沒有影響),如果所運(yùn)行的代碼已經(jīng)被反復(fù)使用和驗(yàn)證過,那么可以使用-Xverify:none參數(shù)關(guān)閉,以縮短類加載時(shí)間

2.1 驗(yàn)證的目的

保證二進(jìn)制字節(jié)流中的信息符合虛擬機(jī)規(guī)范,并沒有安全問題

2.2 驗(yàn)證的必要性

雖然Java語言是一門安全的語言,它能確保程序猿無法訪問數(shù)組邊界以外的內(nèi)存、避免讓一個(gè)對(duì)象轉(zhuǎn)換成任意類型、避免跳轉(zhuǎn)到不存在的代碼行.也就是說,Java語言的安全性是通過編譯器來保證的.

但是我們知道,編譯器和虛擬機(jī)是兩個(gè)獨(dú)立的東西,虛擬機(jī)只認(rèn)二進(jìn)制字節(jié)流,它不會(huì)管所獲得的二進(jìn)制字節(jié)流是哪來的，當(dāng)然，如果是編譯器給它的，那么就相對(duì)安全，但如果是從其它途徑獲得的，那么無法確保該二進(jìn)制字節(jié)流是安全的。

通過上文可知，虛擬機(jī)規(guī)范中沒有限制二進(jìn)制字節(jié)流的來源，在字節(jié)碼層面上,上述Java代碼無法做到的都是可以實(shí)現(xiàn)的,至少語義上是可以表達(dá)出來的,為了防止字節(jié)流中有安全問題，需要驗(yàn)證!

2.3 驗(yàn)證的過程

文件格式驗(yàn)證

驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范,并且能被當(dāng)前的虛擬機(jī)處理.

本驗(yàn)證階段是基于二進(jìn)制字節(jié)流進(jìn)行的,只有通過本階段驗(yàn)證,才被允許存到方法區(qū)

后面的三個(gè)驗(yàn)證階段都是基于方法區(qū)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行,不會(huì)再直接操作字節(jié)流.

通過上文可知，加載開始前，二進(jìn)制字節(jié)流還沒進(jìn)方法區(qū)，而加載完成后，二進(jìn)制字節(jié)流已經(jīng)存入方法區(qū)

而在文件格式驗(yàn)證前，二進(jìn)制字節(jié)流尚未進(jìn)入方法區(qū)，文件格式驗(yàn)證通過之后才進(jìn)入方法區(qū)

也就是說，加載開始后，立即啟動(dòng)了文件格式驗(yàn)證，本階段驗(yàn)證通過后，二進(jìn)制字節(jié)流被轉(zhuǎn)換成特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)至方法區(qū)中，繼而開始下階段的驗(yàn)證和創(chuàng)建Class對(duì)象等操作

這個(gè)過程印證了：加載和驗(yàn)證是交叉進(jìn)行的

• 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證

對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義分析，確保符合Java語法規(guī)范。

• 字節(jié)碼驗(yàn)證

驗(yàn)證過程的最復(fù)雜的階段。本階段對(duì)數(shù)據(jù)流和控制流(主要為方法體)進(jìn)行語義分析。字節(jié)碼驗(yàn)證將對(duì)類的方法進(jìn)行校驗(yàn)分析，保證被校驗(yàn)的方法在運(yùn)行時(shí)不會(huì)做             出危害虛擬機(jī)的事，一個(gè)類方法體的字節(jié)碼沒有通過字節(jié)碼驗(yàn)證，那一定有問題，但若一個(gè)方法通過了驗(yàn)證，也不能說明它一定安全。

• 符號(hào)引用驗(yàn)證

發(fā)生在JVM將符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用的時(shí)候，這個(gè)轉(zhuǎn)化動(dòng)作發(fā)生在解析階段,對(duì)類自身以外的信息進(jìn)行匹配校驗(yàn),確保解析能正常執(zhí)行.