JVM-白话聊一聊JVM类加载和双亲委派机制源码解析

本文涉及的产品
全局流量管理 GTM,标准版 1个月
公共DNS(含HTTPDNS解析),每月1000万次HTTP解析
云解析 DNS,旗舰版 1个月
简介: JVM-白话聊一聊JVM类加载和双亲委派机制源码解析

2020061023154667.png

Java 执行代码的大致流程

我们先回顾下Java 执行代码的大致流程


20200611214952252.png


假设要执行A类的main方法


启动虚拟机 (C++负责创建) 【windows : bin/java.exe调用 jvm.dll Linux : java 调用 libjvm.so 】

创建一个引导类加载器实例 (C++实现)

C++ 调用Java代码,创建JVM启动器,实例sun.misc.Launcher 【这货由引导加载器负责加载创建其他类加载器】


20200611000005207.png

20200611000031178.png


sun.misc.Launcher.getLauncher() 获取运行类自己的加载器ClassLoader --> 是AppClassLoader , 通过上图源码可知


获取到ClassLoader后调用loadClass(“A”)方法加载运行的类A


加载完成执行A类的main方法


程序运行结束


JVM销毁


类加载loadClass的步骤


其中最核心的方法 loadClass ,其实现我们常说的双亲委派机制 ,我们后面展开。



20200611170640556.png



我们先白话一下类加载的几个步骤

加载 ----> 验证 ----> 准备 ----> 解析 ----> 初始化 ----> 使用 ----> 卸载

谈及比较多的是前五个 ,我们来捋一捋哈 ,不要尝试死记硬背,尝试去理解它的逻辑


加载: 我们说jvm执行的java字节码,编译后在磁盘上,总得读取这个字节码文件吧 ,通过啥读 IO呗 , 所以第一步肯定是加载字节码文件

验证 : JVM总不能说读到啥就直接运行了吧,你外面有个A.class 里面是一堆JVM规范不认识的内容,也执行不了啊 。 符合JVM规范才能执行后续的步骤,所以第二步是 校验字节码文件的正确性

准备 : 给类的静态变量分配内存,并赋予默认值。 我们的类里,可能会包含一些静态变量吧 。 比如 public static final int a = 12; 得给a分配个默认值 0 ,再比如 public static User user = new User(); 给 static的变量 User分配内存,并赋默认值null (final修饰的常量,直接赋值)

解析 : 这个地方不是很好理解, 解析是什么意思呢?将符号引用替换为直接引用。 符号引用 ? 直接引用? what ? ------------- 我们的类的静态方法 比如main方法 其实在Java中有个叫法 都是叫符号 。 这个阶段就会吧 一些静态方法(符号引用,比如刚才说的main方法)替换为指向数据所存内存的指针或者句柄等(直接引用)【找到具体在内存中的位置】。 这个就是静态链接过程(在类加载期间完成)。 动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用 (比如某个普通方法的调用)

初始化: 上面的步骤完事儿以后,这一步主要是对类的静态变量初始化为指定的值,执行静态代码块。 比如刚才第二步的 public static final int a = 12; ,第二步给static变量赋了默认值,这一步就该把12赋值给它了。 还有 static的 User public static User user = new User(); 实例化User


类加载器和双亲委派机制


刚才说了类加载器中loadClass方法实现了双亲委派的机制,那我们需要先了解下有哪几种类加载器


主要有4种


引导类加载器:负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库,比如rt.jar、charsets.jar等

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

应用程序类加载器:负责加载ClassPath路径下的类包,主要就是加载我们应用中自己写的那些类

自定义加载器:负责加载用户自定义路径下的类包


我们来看看 几种不同的类加载器

public class ClassLoadTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 核心rt.jar中的类加载器 是C++加载的,因此这里为null 
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        // 扩展包的加载器 ExtClassLoader
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader());
        // 应用加载器 AppClassLoader
        System.out.println(ClassLoadTest.class.getClassLoader());
        System.out.println("");
        // 获取系统ClassLoader
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        // appClassLoader的父加载器
        ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
        // extClassLoader的父加载器
        ClassLoader boostrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println("the bootstrapLoader : " + boostrapClassLoader);
        System.out.println("the extClassloader : " + extClassLoader);
        System.out.println("the appClassLoader : "+ appClassLoader);
        System.out.println("");
        System.out.println("==============bootstrapLoader加载的文件====================");
        URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urLs.length; i++) {
            System.out.println(urLs[i]);
        }
        System.out.println("");
        System.out.println("==============extClassloader加载的文件====================");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
        System.out.println("");
        System.out.println("==============appClassLoader 加载的文件====================");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}


输出

null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
==============bootstrapLoader加载的文件====================
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/resources.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/rt.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jsse.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jce.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/charsets.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/lib/jfr.jar
file:/E:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_161/jre/classes
==============extClassloader加载的文件====================
E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext
==============appClassLoader 加载的文件====================
E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\charsets.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\deploy.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\cldrdata.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\dnsns.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jaccess.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\jfxrt.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\localedata.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\nashorn.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunec.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\ext\zipfs.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\javaws.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jce.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfr.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jfxswt.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\jsse.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\management-agent.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\plugin.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\resources.jar;E:\Program Files\Java\jdk1.8.0_161\jre\lib\rt.jar;D:\IdeaProjects\GOF23\target\classes;C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2019.3.1\lib\idea_rt.jar


看看appClassLoader 咋加载这么多? 其实它并没有加载这么多,除了 D:\IdeaProjects\GOF23\target\classes; 是它加载的,剩下的都是他的父加载器给他干的。


sun.misc.Launcher源码解析

JVM启动时,C++会实例化JVM启动器实例sun.misc.Launcher ,所以很有必要研究一下Launcher的源码 。

Launcher实例化

private static Launcher launcher = new Launcher();


采用了 饿汉模式 静态域的方式 实现了单例模式 ,保证一个JVM虚拟机内只有一个sun.misc.Launcher实例。

Launcher 构造函数

实例化,调用构造函数,我们看下它的构造函数干了啥?

  public Launcher() {
        Launcher.ExtClassLoader var1;
        try {
           //构造扩展类加载器,在构造的过程中将其父加载器设置为null
            var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException var10) {
            throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
        }
        try { 
             //构造应用类加载器,在构造的过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader,
             //Launcher的loader属性值是AppClassLoader,我们一般都是用这个类加载器来加载我们自己写的应用程序
            this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
        } catch (IOException var9) {
            throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
        }
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
          .....
         .....
         .....
        }
    }

Launcher构造方法内部, 创建了两个类加载器,分别是sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)和sun.misc.Launcher.AppClassLoader(应用类加载器)。


JVM默认使用Launcher的getClassLoader()方法返回的类加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序。


双亲委派机制 源码解析


20200604091811339.png


双亲委派过程


通俗的说: 当我们需要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。


举个例子,我们有个类A.class ,最先会找应用程序类加载器AppClassLoader 加载,AppClassLoader 会先委托扩展类加载器ExtClassLoader加载,扩展类加载器再委托引导类加载器BootClassLoader,顶层引导类加载器BootClassLoader在自己的类加载路径里 没找到A类,则向下退回加载A类的请求,扩展类加载器ExtClassLoader收到回复就自己加载,在自己的类加载路径里找了半天也没找到A类,又向下退回A类的加载请求给应用程序类加载器AppClassLoader ,应用程序类加载器 在自己的类加载路径里找A类,结果找到了就自己加载了。。


源码解析 ClassLoader#loadClass


loadClass实现了双亲委派的功能,我们有必要好好的研究一下


既然都是委托向上查找,那我们来看下应用程序类加载器AppClassLoader加载类的双亲委派机制源码,AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
           //   检查当前类加载器是否已经加载了该类 ,加载直接返回
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else { 
                       //如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                }
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类
                    c = findClass(name);
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }


看注释~


总结一下几个步骤


首先,检查一下指定名称的类是否已经加载过,如果加载过了,就不需要再加载,直接返回。

如果此类没有加载过,那么,再判断一下是否有父加载器;如果有父加载器,则由父加载器加载(即调用parent.loadClass(name, false);).或者是调用bootstrap类加载器来加载。

如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类,那么调用当前类加载器的findClass方法 【调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类】来完成类加载


双亲委派机制的优点


  1. 沙箱安全机制:比如我们自己写的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
  2. 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


全盘负责委托机制


这个比较好理解


“全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时,除非显示的使用另外一个ClassLoder,该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入。


比如我们的类 A中引用了 类B,由于全盘负责委托机制 ,类B也将有加载类A的加载器来加载,除非你显示的使用另外一个ClassLoder。

相关文章
|
2月前
|
监控 算法 Java
Java虚拟机(JVM)的垃圾回收机制深度解析####
本文深入探讨了Java虚拟机(JVM)的垃圾回收机制,旨在揭示其背后的工作原理与优化策略。我们将从垃圾回收的基本概念入手,逐步剖析标记-清除、复制算法、标记-整理等主流垃圾回收算法的原理与实现细节。通过对比不同算法的优缺点及适用场景,为开发者提供优化Java应用性能与内存管理的实践指南。 ####
|
2月前
|
监控 Java 应用服务中间件
高级java面试---spring.factories文件的解析源码API机制
【11月更文挑战第20天】Spring Boot是一个用于快速构建基于Spring框架的应用程序的开源框架。它通过自动配置、起步依赖和内嵌服务器等特性,极大地简化了Spring应用的开发和部署过程。本文将深入探讨Spring Boot的背景历史、业务场景、功能点以及底层原理,并通过Java代码手写模拟Spring Boot的启动过程,特别是spring.factories文件的解析源码API机制。
86 2
|
3月前
|
存储 缓存 算法
分布式锁服务深度解析:以Apache Flink的Checkpointing机制为例
【10月更文挑战第7天】在分布式系统中,多个进程或节点可能需要同时访问和操作共享资源。为了确保数据的一致性和系统的稳定性,我们需要一种机制来协调这些进程或节点的访问,避免并发冲突和竞态条件。分布式锁服务正是为此而生的一种解决方案。它通过在网络环境中实现锁机制,确保同一时间只有一个进程或节点能够访问和操作共享资源。
104 3
|
20天前
|
存储 Java 开发者
浅析JVM方法解析、创建和链接
上一篇文章《你知道Java类是如何被加载的吗?》分析了HotSpot是如何加载Java类的,本文再来分析下Hotspot又是如何解析、创建和链接类方法的。
|
29天前
|
PHP 开发者 UED
PHP中的异常处理机制解析####
本文深入探讨了PHP中的异常处理机制,通过实例解析try-catch语句的用法,并对比传统错误处理方式,揭示其在提升代码健壮性与可维护性方面的优势。文章还简要介绍了自定义异常类的创建及其应用场景,为开发者提供实用的技术参考。 ####
|
2月前
|
存储 缓存 监控
后端开发中的缓存机制:深度解析与最佳实践####
本文深入探讨了后端开发中不可或缺的一环——缓存机制,旨在为读者提供一份详尽的指南,涵盖缓存的基本原理、常见类型(如内存缓存、磁盘缓存、分布式缓存等)、主流技术选型(Redis、Memcached、Ehcache等),以及在实际项目中如何根据业务需求设计并实施高效的缓存策略。不同于常规摘要的概述性质,本摘要直接点明文章将围绕“深度解析”与“最佳实践”两大核心展开,既适合初学者构建基础认知框架,也为有经验的开发者提供优化建议与实战技巧。 ####
|
2月前
|
缓存 NoSQL Java
千万级电商线上无阻塞双buffer缓冲优化ID生成机制深度解析
【11月更文挑战第30天】在千万级电商系统中,ID生成机制是核心基础设施之一。一个高效、可靠的ID生成系统对于保障系统的稳定性和性能至关重要。本文将深入探讨一种在千万级电商线上广泛应用的ID生成机制——无阻塞双buffer缓冲优化方案。本文从概述、功能点、背景、业务点、底层原理等多个维度进行解析,并通过Java语言实现多个示例,指出各自实践的优缺点。希望给需要的同学提供一些参考。
50 7
|
30天前
|
存储 监控 算法
Java虚拟机(JVM)垃圾回收机制深度解析与优化策略####
本文旨在深入探讨Java虚拟机(JVM)的垃圾回收机制,揭示其工作原理、常见算法及参数调优方法。通过剖析垃圾回收的生命周期、内存区域划分以及GC日志分析,为开发者提供一套实用的JVM垃圾回收优化指南,助力提升Java应用的性能与稳定性。 ####
|
1月前
|
Java 数据库连接 开发者
Java中的异常处理机制:深入解析与最佳实践####
本文旨在为Java开发者提供一份关于异常处理机制的全面指南,从基础概念到高级技巧,涵盖try-catch结构、自定义异常、异常链分析以及最佳实践策略。不同于传统的摘要概述,本文将以一个实际项目案例为线索,逐步揭示如何高效地管理运行时错误,提升代码的健壮性和可维护性。通过对比常见误区与优化方案,读者将获得编写更加健壮Java应用程序的实用知识。 --- ####
|
2月前
|
Java 开发者 Spring
深入解析:Spring AOP的底层实现机制
在现代软件开发中,Spring框架的AOP(面向切面编程)功能因其能够有效分离横切关注点(如日志记录、事务管理等)而备受青睐。本文将深入探讨Spring AOP的底层原理,揭示其如何通过动态代理技术实现方法的增强。
75 8

推荐镜像

更多