JVM加载class文件的原理机制

川长思鸟来 2022-07-15 12:24 620阅读 0赞

整个JVM 分为四部分:

Class Loader 类加载器

类加载器的作用是加载类文件到内存,比如编写一个HelloWord.java 程序,然后通过javac 编译成class 文件,那怎么才能加载到内存中被执行呢?Class Loader 承担的就是这个责任,那不可能随便建立一个.class 文件就能被加载的,Class Loader 加载的class 文件是有格式要求

需要详细了解的话,可以仔细阅读《JVM Specification 》的第四章“The class File Format ”,这里不再详细说明。

友情提示:Class Loader 只管加载,只要符合文件结构就加载,至于说能不能运行,则不是它负责的,那是由Execution Engine 负责的。

Execution Engine 执行引擎

执行引擎也叫做解释器(Interpreter) ,负责解释命令,提交操作系统执行。

Native Interface 本地接口

本地接口的作用是融合不同的编程语言为Java 所用,它的初衷是融合C/C++ 程序,Java 诞生的时候是C/C++ 横行的时候,要想立足,必须有一个聪明的、睿智的调用C/C++ 程序,于是就在内存中专门开辟了一块区域处理标记为native 的代码,它的具体做法是Native Method Stack 中登记native 方法,在Execution Engine 执行时加载native libraies 。目前该方法使用的是越来越少了,除非是与硬件有关的应用,比如通过Java 程序驱动打印机,或者Java 系统管理生产设备,在企业级应用中已经比较少见,因为现在的异构领域间的通信很发达,比如可以使用Socket 通信,也可以使用Web Service 等等,不多做介绍。

Runtime data area 运行数据区

运行数据区是整个JVM 的重点。我们所有写的程序都被加载到这里,之后才开始运行,Java 生态系统如此的繁荣,得益于该区域的优良自治。

整个JVM 框架由加载器加载文件,然后执行器在内存中处理数据,需要与异构系统交互是可以通过本地接口进行,瞧,一个完整的系统诞生了!

JVM加载class文件的原理机制

   Java中的所有类,都需要由类加载器装载到JVM中才能运行。类加载器本身也是一个类,而它的工作就是把class文件从硬盘读取到内存中。在写程序的时候,我们几乎不需要关心类的加载,因为这些都是隐式装载的,除非我们有特殊的用法,像是反射,就需要显式的加载所需要的类。

  类装载方式,有两种
  1.隐式装载, 程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时,隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中.
  2.显式装载, 通过class.forname()等方法,显式加载需要的类
 隐式加载与显式加载的区别:两者本质是一样?

  1. Java类的加载是动态的,它并不会一次性将所有类全部加载后再运行,而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中,至于其他类,则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。

 Java的类加载器有三个,对应Java的三种类:(java中的类大致分为三种: 1.系统类 2.扩展类 3.由程序员自定义的类 )

  1. Bootstrap Loader // 负责加载系统类 (指的是内置类,像是String,对应于C#中的System类和C/C++标准库中的类)
  2. |
  3. - - ExtClassLoader // 负责加载扩展类(就是继承类和实现类)
  4. |
  5. - - AppClassLoader // 负责加载应用类(程序员自定义的类)

三个加载器各自完成自己的工作,但它们是如何协调工作呢?哪一个类该由哪个类加载器完成呢?为了解决这个问题,Java采用了委托模型机制。

委托模型机制的工作原理很简单:当类加载器需要加载类的时候,先请示其Parent(即上一层加载器)在其搜索路径载入,如果找不到,才在自己的搜索路径搜索该类。这样的顺序其实就是加载器层次上自顶而下的搜索,因为加载器必须保证基础类的加载。之所以是这种机制,还有一个安全上的考虑:如果某人将一个恶意的基础类加载到jvm,委托模型机制会搜索其父类加载器,显然是不可能找到的,自然就不会将该类加载进来。

  1. 我们可以通过这样的代码来获取类加载器:

ClassLoader loader = ClassName.class.getClassLoader();
ClassLoader ParentLoader = loader.getParent();
注意一个很重要的问题,就是Java在逻辑上并不存在BootstrapKLoader的实体!因为它是用C++编写的,所以打印其内容将会得到null。

前面是对类加载器的简单介绍,它的原理机制非常简单,就是下面几个步骤:

1.装载:查找和导入class文件;

2.连接:

  1. (1)检查:检查载入的class文件数据的正确性;
  2. (2)准备:为类的静态变量分配存储空间;
  3. (3)解析:将符号引用转换成直接引用(这一步是可选的)

3.初始化:初始化静态变量,静态代码块。

  1. 这样的过程在程序调用类的静态成员的时候开始执行,所以静态方法main()才会成为一般程序的入口方法。类的构造器也会引发该动作。

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