JVM加载class文件都经历了啥

2022-05-13 11:02:24 浏览数 (1)

主要分下面几个部分讲

  • 一. java如何判断哪些类要进行加载的?
  • 二. class文件加载到JVM的过程中发生了哪些过程?
  • 三. 类加载器和双亲委派机制
  • 四.拓展

一. java如何判断哪些类要进行加载的?

一般来说,首先java文件经过编译后变成class文件,然后会打包成个jar包,然后我们通过java -jar这样的方式去进行启动,把class文件加载到我们jvm里,那加载具体过程是啥样的呢?

首先一般是从一个入口,主要是main()进行进入,然后过程中发现用的了哪些类就加载哪些类

如图,我们加载main(),发现需要ReplicaManager自然需要去加载这个类了

二. class文件加载到JVM的过程中发生了哪些过程?

一个类从加载到使用,一般会经历下面的这个过程:

加载-》验证-》准备-》解析-》初始化-》使用-》卸载

这里捡点重要的说下。

2.1验证阶段

简单来说,这一步就是根据Java虚拟机规范,来校验你加载进来的“.class”文件中的内容,是否符合指定的规范。 这个相信很好理解,假如说,你的“.class"文件被人篡改了,里面的字节码压根儿不符合规范,那么JVM是没法去执行这个字节码的!

所以把“.class”加载到内存里之后,必须先验证一下,校验他必须完全符合JVM规范,后续才能交给JVM来运行。下面用一张图,展示了这个过程:

2.2准备阶段

这个阶段其实也很好理解,咱们都知道,我们写好的那些类,其实都有一些类变量比如下面的这个“ReplicaManager”类:

这个“ReplicaManager.class”文件内容刚刚被加载到内存之后,会进行验证,确认这个字节码文件的内容是规范的后,接着就会进行准备工作,这个准备工作,其实就是给这个“ReplicaManager”类分配一定的内存空间 然后给他里面的类变量(也就是static修饰的变量)分配内存空间,来一个默认的初始值

比如上面的示例里,就会给“flushlnterval”这个类变量分配内容空间,给一个“0”这个初始值,整个过程,如下图所示:

2.3 解析阶段

这个阶段干的事儿,实际上是把符号引用替换为直接引用的过程,其实这个部分的内容很复杂,涉及到JVM的底层,不做过多解释了。 同样,我还是给大家画图展示一下:

2.4 核心阶段:初始化

之前说过,在准备阶段时,就会把我们的“ReplicaManager”类给分配好内存空间 另外他的一个类变量“flushInterval”也会给一个默认的初始值“0”,那么接下来,在初始化阶段,就会正式执行我们的类初始化的代码了。 那么什么是类初始化的代码呢?我们来看看下面这段代码:

大家可以看到,对于“flushInterval”这个类变量,我们是打算通过Configuration.getlnt("replica.flush.interval")这段代码来获取一个值,并且赋值给他的

是在准备阶段会执行这个赋值逻辑吗?

NO!在准备阶段,仅仅是给“flushInterval"类变量开辟一个内存空间,然后给个初始值“0”罢了。

那么这段赋值的代码什么时候执行呢?答案是在“初始化”阶段来执行。

在这个阶段,就会执行类的初始化代码,比如上面的Configuration.getlnt("replica.flush.interval")代码就会在这里执行,完成一个配置项的读取,然后赋值给这个类变量“flushInterval”。

另外比如下图的static静态代码块,也会在这个阶段来执行。

类似下面的代码语义,可以理解为类初始化的时候,调用“loadReplicaFromDish()”方法从磁盘中加载数据副本,并且放在静态变量“replicas”中:

那么搞明白了类的初始化是什么,就得来看看类的初始化的规则了。 什么时候会初始化一个类? 一般来说有以下一些时机:比如“new ReplicaManager()"来实例化类的对象了,此时就会触发类的加载到初始化的全过程,把这个类准备好,然后再实例化一个对象出来;或者是包含“main()"方法的主类,必须是立马初始化的。

此外,这里还有一个非常重要的规则,就是如果初始化一个类的时候,发现他的父类还没初始化,那么必须先初始化他的父类 比如下面的代码:

如果你要“new ReplicaManager()”初始化这个类的实例,那么会加载这个类,然后初始化这个类

但是初始化这个类之前,发现AbstractDataManager作为父类还没加载和初始化,那么必须先加载这个父类,并且初始化这个父类。这个规则,大家必须得牢记,再来一张图,借助图片来进行理解:

三. 类加载器和双亲委派机制

现在相信大家都搞明白了整个类加载从触发时机到初始化的过程了,接着给大家说一下类加载器的概念 因为实现上述过程,那必须是依靠类加载器来实现的 那么Java里有哪些类加载器呢?简单来说有下面几种:

3.1 类加载器有哪几种?

3.1.1 启动类加载器

Bootstrap ClassLoader,他主要是负责加载我们在机器上安装的Java目录下的核心类的;

相信大家都知道,如果你要在一个机器上运行自己写好的Java系统,无论是windows笔记本,还是linux服务器,是不是都得装一下JDK? 那么在你的Java安装目录下,就有一个“Iib”目录,大家可以自己去找找看,这里就有Java最核心的一些类库,支撑你的Java系统的运行。 所以一旦你的JVM启动,那么首先就会依托启动类加载器,去加载你的Java安装目录下的“Iib”目录中的核心类库。

3.1.2 扩展类加载器

Extension ClassLoader,这个类加载器其实也是类似的,就是你的Java安装目录下,有一个“Iibext”目录这里面有一些类,就是需要使用这个类加载器来加载的,支撑你的系统的运行。 那么你的JVM一旦启动,是不是也得从Java安装目录下,加载这个“libext”目录中的类?

3.1.3 应用程序类加载器

Application ClassLoader,这类加载器就负责去加载“ClassPath”环境变量所指定的路径中的类 其实你大致就理解为去加载你写好的Java代码吧,这个类加载器就负责加载你写好的那些类到内存里。

3.1.4自定义类加载器

除了上面那几种之外,还可以自定义类加载器,去根据你自己的需求加载你的类。

3.2双亲委派机制

JVM的类加载器是有亲子层级结构的,就是说启动类加载器是最上层的,扩展类加载器在第二层,第三层是应用程序类加载器,最后一层是自定义类加载器。

大家看下图:

双亲委派机制是什么意思呢? 就是假设你的应用程序类加载器需要加载一个类,他首先会委派给自己的父类加载器去加载,最终传导到顶层的类加载器去加载 但是如果父类加载器在自己负责加载的范围内,没找到这个类,那么就会下推加载权利给自己的子类加载器。

听完了上面一大堆绕口令,是不是很迷茫?别着急,咱们用一个例子来说明一下。 比如你的JVM现在需要加载“ReplicaManager”类,此时应用程序类加载器会问问自己的爸爸,也就是扩展类加载器,你能加载到这个类吗? 然后扩展类加载器直接问自己的爸爸,启动类加载器,你能加载到这个类吗? 启动类加载器心想,我在Java安装目录下,没找到这个类啊,自己找去! 然后,就下推加载权利给扩展类加载器这个儿子,结果扩展类加载器找了半天,也没找到自己负责的目录中有这个类。 这时他很生气,说:明明就是你应用程序加载器自己负责的,你自己找去。 然后应用程序类加载器在自己负责的范围内,比如就是你写好的那个系统打包成的jar包吧,一下子发现,就在这里!然后就自己把这个类加载到内存里去了。

这就是所谓的双亲委派模型:先找父亲去加载,不行的话再由儿子来加载,这样的话,可以避免多层级的加载器结构重复加载某些类。最后,给大家来一张图图,感受一下类加载器的双亲委派模型。

四 扩展

1. 如何对“.class”文件处理保证不被人拿到以后反编译获取公司源代码?

首先你编译时,就可以采用一些小工具对字节码加密,或者做混淆等处理 现在有很多第三方公司,都是专门做商业级的字节码文件加密的,所以可以付费购买他们的产品。 然后在类加载的时候,对加密的类,考虑采用自定义的类加载器来解密文件即可,这样就可以保证你的源代码不被人窃取。

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