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1.JVM常识之类加载器

news 2025/8/28 10:19:59

1.jvm组成

在这里插入图片描述
JVM组成：
1.类加载器
2.运行时数据区
3.执行引擎
4.本地库接口
各组件的作用：
首先通过类加载器（ClassLoader）会把 Java 代码转换成字节码，运行时数据区（Runtime Data Area）再把字节码加载到内存中，而字节码文件只是 JVM 的一套指令集规范，并不能直接交个底层操作系统去执行，因此需要特定的命令解析器执行引擎（Execution Engine），将字节码翻译成底层系统指令，再交由 CPU 去执行，而这个过程中需要调用其他语言的本地库接口（Native Interface）来实现整个程序的功能。

2.类加载器

下图借用图灵诸葛老师的流程图，respect！！！
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2.1 java里的几种类加载器

BootstrapClassLoad 系统级类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库。是C或者C++ 生成的对象。创建了Launcher类
extClassloader 扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的Jar类包。属于Launcher类构造方法生成
AppClassload应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载开发自己写的那些类。属于Launcher类构造方法生成
也可以自定义加载器：负责加载开发者自定义路径下的类包。

Launcher 类部分源码
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package sun.misc;public class Launcher {private static Launcher launcher = new Launcher();private static String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path");private ClassLoader loader;public static Launcher getLauncher() {return launcher;}public Launcher() {ExtClassLoader var1;try {//extClassloader 扩展类加载器 获取，在getExtClassLoader()里没有ExtClassLoader 的话，会new ExtClassLoader()var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();} catch (IOException var10) {throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);}try {//AppClassload应用程序类加载器获取，在getAppClassLoader()里没有AppClassLoader的话，会new AppClassLoader()。AppClassLoader是应用级默认的类加载器this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);} catch (IOException var9) {throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);}}
}

2.2类加载过程
注：主类在运行过程中如果使用到其它类，会逐步加载这些类。jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。懒加载模式。
主要流程：
加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载

加载：根据类文件路径找到相应的class文件导入
检测：校验字节码class文件的正确性。都是cafe babe 开头的字节码文件。
准备: 给类中的静态变量分配内存空间，并赋予默认值 eg:boolean false int 0
解析：jvm将常量池中的符号引用替换成直接引用的过程
初始化：对静态变量和静态代码块执行初始化工作。

2.3ClassLoader 类加载过程源码
类加载过程都在根加载器抽象类：ClassLoader 里有定义或者实现
该ClassLoader 类有两个核心方法
loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，
还有一个方法是findClass()，默认实现是空方法。根据要加载的class类路径去实际加载类

package java.lang;
public abstract class ClassLoader {private final ClassLoader parent;/*** 双亲委派加载方式的保证*/protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException{synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loaded//校验当前类对象是否已经被加载Class<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try {//当前加载器有父加载器，交给父加载器加载if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// ClassNotFoundException thrown if class not found// from the non-null parent class loader}if (c == null) {// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.long t1 = System.nanoTime();c = findClass(name);// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}}//由子类实现的实际加载类的操作 实际实现是URLClassLoader类protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {throw new ClassNotFoundException(name);}
}

URLClassLoader类是AppClassLoader 和 ExtClassLoader 的父类。
Launcher类中的静态内部类AppClassLoader部分核心源码

 static class AppClassLoader extends URLClassLoader {final URLClassPath ucp = SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this);public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader var0) throws IOException {//AppClassLoader 加载的是应用ClassPath路径下的类包final String var1 = System.getProperty("java.class.path");final File[] var2 = var1 == null ? new File[0] : Launcher.getClassPath(var1);return (ClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<AppClassLoader>() {public AppClassLoader run() {URL[] var1x = var1 == null ? new URL[0] : Launcher.pathToURLs(var2);return new AppClassLoader(var1x, var0);}});}//实际加载类调用的是父类URLClassLoader类中的loadClasspublic Class<?> loadClass(String var1, boolean var2) throws ClassNotFoundException {int var3 = var1.lastIndexOf(46);if (var3 != -1) {SecurityManager var4 = System.getSecurityManager();if (var4 != null) {var4.checkPackageAccess(var1.substring(0, var3));}}if (this.ucp.knownToNotExist(var1)) {Class var5 = this.findLoadedClass(var1);if (var5 != null) {if (var2) {this.resolveClass(var5);}return var5;} else {throw new ClassNotFoundException(var1);}} else {//调用的是父类URLClassLoader类中的loadClassreturn super.loadClass(var1, var2);}}}

Launcher类中的静态内部类ExtClassLoader部分核心源码

static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {private static volatile ExtClassLoader instance;public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException {if (instance == null) {Class var0 = ExtClassLoader.class;synchronized(ExtClassLoader.class) {if (instance == null) {instance = createExtClassLoader();}}}return instance;}private static ExtClassLoader createExtClassLoader() throws IOException {try {return (ExtClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction<ExtClassLoader>() {public ExtClassLoader run() throws IOException {File[] var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtDirs();int var2 = var1.length;for(int var3 = 0; var3 < var2; ++var3) {MetaIndex.registerDirectory(var1[var3]);}return new ExtClassLoader(var1);}});} catch (PrivilegedActionException var1) {throw (IOException)var1.getException();}}void addExtURL(URL var1) {super.addURL(var1);}public ExtClassLoader(File[] var1) throws IOException {super(getExtURLs(var1), (ClassLoader)null, Launcher.factory);SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this).initLookupCache(this);}private static File[] getExtDirs() {//这里可以看出拓展类加载器 加载的是jre中ext内的相关类String var0 = System.getProperty("java.ext.dirs");File[] var1;if (var0 != null) {StringTokenizer var2 = new StringTokenizer(var0, File.pathSeparator);int var3 = var2.countTokens();var1 = new File[var3];for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {var1[var4] = new File(var2.nextToken());}} else {var1 = new File[0];}return var1;}}

总结：
ClassLoad 抽象类里面2个核心方法：
loadClass()实现了双亲委派机制
findClass() 根据对应的类路径加载类

3.类加载器中的双亲委派机制

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双亲委派：加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。

3.1为什么要设计双亲委派机制？
沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改，安全性保证。
避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次，保证被加载类的唯一性。

3.2自定义类加载器（父加载器是appClassLoad）
自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 抽象类，重写该类有两个核心方法，
loadClass()，实现了双亲委派机制，findClass()，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。

3.3 自定义类加载器打破双亲委派机制
重写继承 java.lang.ClassLoader 抽象类中的loadClass()即可

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