JVM总括四-类加载过程、双亲委派模型、对象实例化过程

JVM总括四-类加载过程、双亲委派模型、对象实例化过程

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一、 类加载过程

类加载过程就是将.class文件转化为Class对象，类实例化的过程，（User user = new User(); 这个过程是对象实例化的过程）;

一个.class文件只有一个Class对象（字节码对象），可以有无数个对象（例如：new User();）;

1、Load：

　　将编译后的.class文件以二进制流的方式加载到JVM内存中，并转化为特定的数据结构，用到的就是classLoad二类加载器。这个过程中校验cafe babe魔法数、常量池、文件长度、是否有父类等。

　　其实加载阶段用一句话来描述就是：把代码数据加载到内存中。

2、Link：

　　分为验证、准备、解析三步。

　　验证：更为详细的验证，比如：final是否规范（二次赋值不规范）、static是否合理（静态方法必须引用静态变量）、类型是否正确。

　　准备：当完成字节码文件的校验之后，JVM 便会开始为类变量分配内存并初始化。这里需要注意两个关键点，即内存分配的对象以及初始化的类型。

　　　　内存分配的对象。Java 中的变量有「类变量」和「类成员变量」两种类型，「类变量」指的是被 static 修饰的变量，而其他所有类型的变量都属于「类成员变量」。

　　　　在准备阶段，JVM 只会为「类变量」分配内存，而不会为「类成员变量」分配内存。「类成员变量」的内存分配需要等到初始化阶段才开始。

　　　　比如下面的代码在准备阶段，只会为 age 属性分配内存，而不会为 website 属性分配内存。

　　　　public static int age= 3;

　　　　public String website = "www.beijingdesigner.com";

　　　　例如下面的代码在准备阶段之后，age的值将是 0，而不是 3。

　　　　public static int age= 3;

　　　　但如果一个变量是常量（被 static final 修饰）的话，那么在准备阶段，属性便会被赋予用户希望的值。例如下面的代码在准备阶段之后，number 的值将是 3，而不是 0。

　　　　public static final int number = 3;

　　　　这其中的道理我们想下就明白了。

　　　　两个语句的区别是一个有 final 关键字修饰，另外一个没有。被final修饰的常量，是不允许再被改变的。所以初始化就是3了。

　　解析：把类中的符号引用转化为直接引用，完成内存结构布局。（符号引用转化为直接引用：例如：test1() { test2(); }，这里test1调用test2方法就是符号引用，但实际test2()通过一个指针指向test2方法的内存地址，这个指针负责调用，它就是直接引用）。

3、Init：

　　执行类构造器<clinit>，递归初始化父类的静态代码块，不执行构造函数。（先执静态变量，再执行行静态代码块）。

任何小写的class定义的类都有一个魔法属性：class，

int j;
Class<Integer> integerClass = int.class;
Class<Integer> integerClass1 = Integer.class;

二、类加载的原则：双亲委派模型

　　类加载是怎么确定类文件的位置呢？

　　1、Bootstrap：最高级的类加载器，装置最核心的类，如：Object、System、String；

　　2、Extension ClassLoader：JDK9之前的类加载器，以后的为Platform ClassLoader，加载系统的扩展类；

　　3、Application ClassLoader：应用类加载器，主要加载用户自定义CLASSPATH路径下的类。

类加载器并非继承关系，只是以组合的方式服用父加载器功能，符合优先原则。

其中第二、第三层为java实现，用户可以自定义类加载器，第三层为C++实现，所有为null：

ClassLoader classLoader = Son.class.getClassLoader();
ClassLoader parent = classLoader.getParent();
ClassLoader parent1 = parent.getParent();
System.out.println(classLoader);
System.out.println(parent);
System.out.println(parent1);
-----------------------------------
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@5acf9800
null

获取Bootstrap加载的类库：

URLClassPath bootstrapClassPath = Launcher.getBootstrapClassPath();
URL[] urLs = bootstrapClassPath.getURLs();
for (URL url : urLs){
     System.out.println(url.toExternalForm());
}
---------------------------------------------------------
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/resources.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/rt.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/jce.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/jdk-8u151-windows-x64/JDK/jre/classes

Bootstrap加载的路径可以追加，在JVM增加启动参数，不过不建议修改：

Xbootclasspath/D:/test/src

自定义类加载器的情况：

1、隔离加载类：框架中吧类加载到不同的环境中

2、修改类加载方式：除了Bootstrap,其他类并非一定要加入。

3、扩展加载源：比如加载数据库；

4、防止源码泄露：可以对类进行加密，那加载的时候需要自定义加载器对类进行解密加载。

自定义ClassLoder，继承ClassLoader，重写findClass()，调用defineClass():

public class UserClassLoader extends ClassLoader {

    private String classpath;

    public UserClassLoader(String classpath) {
        this.classpath = classpath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte [] classDate=getDate(name);
            if(classDate==null){
                throw new FileNotFoundException();
            }
            else{
                //defineClass方法将字节码转化为类
                return defineClass(name,classDate,0,classDate.length);
            }

        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return super.findClass(name);
    }
    //返回类的字节码
    private byte[] getDate(String className) throws IOException{
        InputStream in = null;
        ByteArrayOutputStream out = null;
        String path=classpath + File.separatorChar +className.replace('.',File.separatorChar)+".class";
        try {
            in=new FileInputStream(path);
            out=new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer=new byte[2048];
            int len=0;
            while((len=in.read(buffer))!=-1){
                out.write(buffer,0,len);
            }
            return out.toByteArray();
        }
        catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            in.close();
            out.close();
        }
        return null;
    }

}

UserClassLoader

调用，其中D:\\wp目录下为.class文件，里面有个Son.class

//自定义类加载器的加载路径
UserClassLoader myClassLoader=new UserClassLoader("D:\\wp");
//包名+类名
Class sonClass=myClassLoader.loadClass("com.Son");

if(sonClass!=null){
    Object obj=sonClass.newInstance();
    System.out.println(sonClass.getClassLoader().toString());
}

三、对象实例化

从字节码、执行步骤两个方面分析

1、字节码方面：

　　Object object = new Object();，通过javap -verbose -p查看对象创建的字节码指令：

　　 

　　（1）new：如果找不到Class对象就进行类加载，然后分配内存（本类路径上所有的属性都分配），其中对象的引用也是个变量也占内存（4个字节），这个指令执行完毕会把对象的压入虚拟机栈顶。

　　（2）dup：在栈顶复杂引用，如果<init>有参数，把参数压入操作栈，两个引用，压入栈底的用来赋值或保存到局部变量表中，栈顶引用作为句柄调用相关方法。

　　（3）invokespecial：调用对象实例化方法，通过栈顶方法调用<init>方法（也就是调用构造方法）。

2、执行步骤

　　（1）确认类元信息是否存在：接到new指令时，在metaspace检查类元信息是否存在，没有就在双亲委派模式下进行类加载，生成Class对象。

　　（2）分配对象内存：首先计算对象占用空间大小（成员变量是引用变量就分配4个字节大小的变量空间），在堆中划分内存空间给新对象（分配空间需要进行同步操作，如：cas）。

　　（3）设定默认值：成员变量设置不同形式的0值；

　　（4）设置对象头：设置对象的哈希码、锁信息、对象所属的类元信息，设置取决于JVM。

　　（5）执行init方法：初始化成员变量，执行代码块，调用类的构造方法，把堆对象首地址赋值给引用变量。

四、思考：ClassLoader.loadClasshe和Class.forName区别

 //
 Class<Son> sonClass = Son.class;
 //
 Class<?> aClass = Maint.class.getClassLoader().loadClass("com.Son");
 //
 Class<?> bClass = Class.forName("com.Son");

代码2：

        其实这种方法调运的是：ClassLoader.loadClass(name, false)方法
        参数一：name,需要加载的类的名称
        参数二：false，这个类加载以后是否需要去连接（不需要linking）

代码:3：
        其实这种方法调运的是：Class.forName(className, true, ClassLoader.getCallerClassLoader())方法
        参数一：className，需要加载的类的名称。
        参数二：true，是否对class进行初始化（需要initialize）
        参数三：classLoader，对应的类加载器

其中1、2都是将.class文件加载到JVM中，得到Class对象，但是还没有连接（Link），静态代码块不会执行；
代码3得到Class对象并且已经完成初始化<clinit>，静态代码块会执行。（ Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");//通过这种方式将驱动注册到驱动管理器上）。

1、2、3都不会执行对象的构造函数。

五、思考：<clinit>和<init>区别

<clinit>是类（Class）初始化执行的方法，<init>是对象初始化执行的方法（构造函数）；

详情见：JVM思考-init和clinit区别