面试必问:JVM类加载机制详细解析

简介: JVM类加载机制详细解析

前言

在Java面试中,简历上有写JVM(Java虚拟机)相关的东西,JVM的类加载机制基本是面试必问的知识点。
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类的加载和卸载

JVM是虚拟机的一种,它的指令集语言是字节码,字节码构成的文件是class文件。平常我们写的Java文件,需要编译为class文件才能交给JVM运行。可以这么说:C语言代码——>二进制文件——>计算机硬件,就相当于Java代码——>字节码文件——>JVM。JVM将指定的class文件读取到内存里,并运行该class文件里的Java程序的过程,就称之为类的加载;反之,将某个class文件的运行时数据从JVM中移除的过程,就称之为类的卸载。
class文件的运行时数据就是C++对象,也称为kclass对象,这些运行时数据在JDK7之前是放在永久代(PermGen),JDK8之后则放在元空间(Metaspace)。
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类的生命周期

Java类从被虚拟机加载开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段;其中验证、准备和解析又统称为连接(Linking)阶段。
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类的加载的时机

虚拟机规范并未严格规定类加载的时机,跟具体的JVM虚拟机有关。类加载的最佳时机是解析Java字节码类文件中常量池符号的时候,Class.forName()、ClassLoader.loadClass()、反射API和JNI_FindClass都可以触发类加载,Hot JVM自身启动的时候也会触发类加载。
通过JVM参数中加 -verbose:class,可以在应用启动的时候打印类加载的过程,如下图所示:
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初始化这个阶段,JVM虚拟机给出了5种必须对类进行“初始化”的情况
使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段的时候、调用一个类的静态方法的时候;
使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则要先触发其初始化;
当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有被初始化,则要先初始化其父类;
当虚拟机启动时,用户需要指定一个执行的主类(包含main方法的那个类),则虚拟机会优先初始化这个主类;
在JDK1.7以后,动态语言支持的时候,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的结果是要执行第1种情况的操作,则也要进行初始化。

类的卸载时机

类的卸载跟采用的垃圾收集算法有关,在CMS中有两种方法卸载不必要的类,一种是等到元空间(Metaspace)满了的时候触发FGC,另一种是使用跟CMS并发收集算法类似的方式,不过对于元空间的阈值和触发CMS并发收集的阈值是独立的。更具体的可以参考之前的文章:CMS学习笔记。在这里,我们只需要记住,JVM中一个类的卸载要满足下面这3个条件:
该类所有的实例对象都已被回收;
该类的类加载器对象已经被回收;
该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
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类加载器的作用

类的加载是需要类加载器完成的,但是类加载器在JVM中的作用可不止这些。在JVM中,一个类的唯一性是需要这个类本身和类加载一起才能确定的,每个类加载器都有一个独立的命名空间。
不同的类加载器,即使是同一个类字节码文件,最后再JVM里的类对象也不是同一个,下面的代码展示了这个结论:
上述代码的运行结果是:
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可以看出,代码中使用自定义类加载器(myLoader)加载的jvm.ClassLoaderTest类和通过应用程序类加载器加载的类不是同一个类。综上,类加载器在JVM中的作用有:
将类的字节码文件从JVM外部加载到内存中
确定一个类的唯一性
提供隔离特性,为中间件开发者提供便利,例如Tomcat

最后
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