JVM基础学习---1、JVM总体机制、类加载机制

1、JVM总体机制

1.1 JVM概念

JVM：Java Virtual Machine，翻译过来是Java虚拟机。

JRE：Java Runtime Environment，翻译过来是Java运行时环境。

JDK：Java Development Ki

JDK：Java Development Kits，翻译过来是Java开发工具包

JDK=JRE+Java开发辅助工具

JVM工作的总体机制

1、Java源程序编译运行过程

Java源程序–>编译–>字节码文件–>放到JVM上运行

2、JVM工作的总体运行机制

• 第一步：使用类加载子系统将*.class字节码文件加载到JVM内存
• 第二步：在JVM的内存空间存储相关数据。
• 第三步：在执行引擎中将*.class字节码文件翻译成CPU能够执行的指令。
• 第四步：将指令发给CPU执行。
• 

2、类加载机制

2.1 类加载器

1、概念

1. 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载*.class字节码文件。
2. 字节码文件开头必须有特定的文件标识。如果使用二进制文件查看工具打开Java编译得到的字节码文件，会发现，文件开头是：CA FE BA BE。它们都是十六进制数的符号。
3. ClassLoader只负责字节码文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine执行引擎决定的。
4. 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字字面量（这部分常量信息是字节码文件中常量池部分的内存映射）。

2、分类

JVM中类加载器分为四种：前三种为虚拟机自带的加载器。

3、父子关系

• 父子关系1：启动类加载器是扩展类加载器的父加载器
• 父子关系2：扩展类加载器是应用类加载器的父加载器

注意：这里说的父子关系不是通过继承实现的，不是类型上的父子关系。而是在子加载器中通过parent属性指向父加载器这样建立的—是对象之间逻辑上的父子关系。

4、通过代码查看类加载器

// 1.获取Person类的Class对象
// 2.通过Class对象进一步获取它的类加载器对象
ClassLoader appClassLoader = Person.class.getClassLoader();
// 3.获取appClassLoader的全类名
String appClassLoaderName = appClassLoader.getClass().getName();
// 4.打印appClassLoader的全类名
// sun.misc.Launcher$AppClassLoader
System.out.println("appClassLoaderName = " + appClassLoaderName);
// 5.通过appClassLoader获取扩展类加载器（父加载器）
ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
// 6.获取extClassLoader的全类名
String extClassLoaderName = extClassLoader.getClass().getName();
// 7.打印extClassLoader的全类名
// sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
System.out.println("extClassLoaderName = " + extClassLoaderName);
// 8.通过extClassLoader获取启动类加载器（父加载器）
ClassLoader bootClassLoader = extClassLoader.getParent();
// 9.由于启动类加载器是C语言开发的，在Java代码中无法实例化对象，所以只能返回null值
System.out.println("bootClassLoader = " + bootClassLoader);

2.2 双亲委派机制

『双亲委派机制』这个名字不能顾名思义。在中文语境下，双亲是指父母；但是这里实际上是指『爸爸』和『爷爷』。所以我觉得应该叫：祖孙三代，比拼啃老机制，更贴切。

1、机制简介

当我们需要加载任何一个范围内的类时，首先要找到这个范围对应的类加载器

但是当前这个类加载器不是马上开始查找

当前类加载器会将任务交给上一级类加载器

上一级类加载器继续上交任务，一直到最顶级的启动类加载器

启动类加载器开始在自己负责的范围内查找

如果能找到，则直接开始加载

如果找不到，则交给下一级的类加载器继续查找

一直到应用程序类加载器

如果应用程序类加载器同样找不到要加载的类，那么就会抛出ClassNotFoundException。

2、实验

（1）实验1

第一步：在与JDK无关的目录下创建Hello.java

public class Hello {
  public static void main(String[] args){
    System.out.println("AAA");
  }
}

• 第二步：编译Hello.java
• 第三步：将Hello.class文件移动到$JAVA_HOME/jre/classes目录（没有就自己创建一个）下
• 第四步：修改Hello.java

public class Hello {
  public static void main(String[] args){
    System.out.println("BBB");
  }
}

• 第五步：编译Hello.java
• 第六步：将Hello.class文件移动到$JAVA_HOME/jre/lib/ext/classes目录（没有就自己创建一个）下
• 第七步：修改Hello.java

public class Hello {
  public static void main(String[] args){
    System.out.println("CCC");
  }
}

第八步：编译Hello.java

第九步：使用java命令运行Hello类，发现打印结果是：AAA

说明Hello这个类是被启动类加载器找到的，找到以后就不查找其他位置了

第十步：删除$JAVA_HOME/jre/classes目录

第十一步：使用java命令运行Hello类，发现打印结果是：BBB

说明Hello这个类是被扩展类加载器找到的，找到以后就不查找其他位置了

第十二步：删除$JAVA_HOME/jre/lib/ext/classes目录

第十三步：使用java命令运行Hello类，发现打印结果是：CCC

说明Hello这个类是被应用程序类加载器找到的

（2）实验2

第一步：创建假的String类

package java.lang;
public class String {
    public String() {
        System.out.println("嘿嘿，其实我是假的！");
    }
}

• 第一步：编写测试程序类

    @Test
    public void testLoadString() {
        // 目标：测试不同范围内全类名相同的两个类JVM如何加装
        // 1.创建String对象
        java.lang.String testInstance = new java.lang.String();
        // 2.获取String对象的类加载器
        ClassLoader classLoader = testInstance.getClass().getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
    }

• 第三步：查看运行结果是null

• 假的String类并没有被创建对象，由于双亲委派机制，启动类加载器加载了真正的String类.

2.3 小结

双亲委派机制的好处：

• 避免类的重复加载：父加载器加载了一个类，就不必让子加载器再去查找了。同时也保证了在整个JVM范围内全类名是类的唯一标识。
• 安全机制：避免恶意替换JRE定义的核心API(沙箱安全机制)。