JVM-类加载机制

名词解释
*.class文件的结构
查看指令： javap -verbose hello.class
包含信息：

结构信息（版本号，大小信息）；

元数据（类，继承，接口，字段声明，方法声明）；

方法信息（语句，表达式，异常，堆栈大小与类型，调试信息）
符号引用
符号引用符号引用就是 class 文件中的

CONSTANT_Class_info

CONSTANT_Field_info

CONSTANT_Method_info等类型的常量
符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能够无歧义的定位到目标即可，使用符号引用时，被引用的目标不一定已经加载到内存中。
直接引用
直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。
如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。

参考：

个人理解，如果使用符号引用，虚拟机其实也不知道具体引用的类的内存地址，那么也就无法真正的调用到该类，所以要把符号引用转为直接引用，这样就能够真正定位到类在内存中的地址，如果符号引用转直接引用失败，就说明类还没有被加载到内存中，就会报错。

https://blog.csdn.net/weixin_38106322/article/details/109239971

类加载机制概述

1、类加载器把编译好的那些".class"字节码文件给加载到JVM中，供后续代码运行来使用。
2、JVM基于自己的字节码执行引擎，来执行加载到内存里的类。
3、类加载的时机
一个类被使用到到时候
eg：比如你的代码中有一个"main()"方法，那么JVM就会从这个"main()"方法开始执行里面的代码。他需要哪个类的时候，就会使用类加载器来加载对应的类，反正对应的类就在".class"文件中。

4、通过Java命令执行代码的大体流程如下：
java xxx 指令在Windows下对应就是一个exe文件。dll 相当于java jar包。
C++启动程序 -》创建java虚拟机 -》java类加载器 -》加载class文件

类加载机制详解

类是如何加载到jvm中
JVM 类加载机制分为五个部分：加载，验证，准备，解析，初始化，下面我们就分别来看一下这五个过程。

加载过程分析

1. 加载

通过类全名来获取定义此类的二进制字节流，
将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区中运行时数据结构。
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。
扩展：

静态存储结构：数据存储于class文件的结构。
运行时数据结构：数据存储于JVM的数据结构。
二进制流是从.class文件中获取的。这个class文件并不一定只来源于本地，也可以来源于网络等。

2. 连接

将java二进制代码合并到java运行状态中的过程。

验证：校验字节码文件的正确性目的保证class流的格式正确。

（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。）

准备：Java虚拟机为类变量（static修饰的变量）、加载到内存中的类分配内存空间，设置默认初始值。
- 示例代码：

public static int v=1; 在准备阶段中，v会被设置为0 在初始化的<clinit>中才会被设置为1
对于static final类型，在准备阶段就会被赋上正确的值： public static final int v=1;

解析：：将符号引用替换为直接引用，
- 该阶段会把一些静态方法(符号引用，比如 main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)，这是所谓的静态链接过程(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
3 初始化（核心阶段）
初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的 Java 程序代码。如：在初始化阶段，JVM执行类的初始化语句，为类的静态变量赋予用户给定的初始值，执行静态代码块。
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；（这里也说明了为什么构造方法是在静态代码块之后执行（先准备代码在实例化））
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

4 使用

5 卸载

http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3978102.html

加载器的类型

类加载器类型总体来说可以分为以下几种：启动类加载器、其他类加载器。类的加载过程遵循双亲委派模型。
1、Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）
JVM启动，启动类加载器加载 Java安装目录下jre 的 "lib"目录中的核心类库

/opt/apps/jdk1.8.0_251/jre/lib

--> rt.jar、charsets.jar等> rt.jar、charsets.jar等

2、Extension ClassLoader（扩展类加载器）
JVM启动，通过扩展类加载器加载"lib/ext"目录

[root@iZ2zei4wx78lgr80odfj6eZ ext]# pwd# pwd

/opt/apps/jdk1.8.0_251/jre/lib/ext

3、Application ClassLoader（应用程序类加载器）
加载ClassPath 环境变量所指定的路径中的类
4、自定义类加载器
根据自己需求进行类加载

类加载器初始化过程

参见类运行加载全过程图可知其中会创建JVM启动器实例sun.misc.Launcher。
sun.misc.Launcher初始化使用了单例模式设计，保证一个JVM虚拟机内只有一个 sun.misc.Launcher实例。
在Launcher构造方法内部，其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。

双亲委派模型

概述（向上寻找、向下委托）

类加载器收到类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器完成。
每个类加载器都是如此，只有当父加载器在自己的搜索范围内找不到指定的类时（即ClassNotFoundException），
子加载器才会尝试自己去加载，这个过程为称为双亲委派模型。

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，

1. 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。
1. 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。
1. 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方法来完成类加载。
对应代码位置：//ClassLoader的loadClass方法，里面实现了双亲委派机制

为什么需要双亲委派模型

保证类加载机制的安全性。

防止病毒代码植入，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

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

参考： https://www.cnblogs.com/wxd0108/p/6681618.html

全盘负责委托机制

"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。

如何打破双亲委派模式

覆写loadClass方法
- protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
- 执行findClass()
  - 首先会使用自定义类加载器加载类, 不在向上委托, 直接由自己执行
- 参考：https://www.cnblogs.com/ITPower/p/13211490.html

打破双亲委派模式的案例

tomcat类加载器
- Common类加载器，加载Tomcat和Web应用都复用的类。
- Catalina类加载器，加载Tomcat专有类（这些类在web应用中不可见）
- Shared类加载器，加载所有Web应用都复用都类。（这些类tomcat中不可见）
- WebappClassLoader：webapp私有的类加载器，只对当前webapp可见

Jsp类加载器，不同的jsp页面有不同的类加载器，方便实现jsp页面的热插拔。
类加载机制原理
- a. CommonClassLoader能加载的类都可以被Catalina ClassLoader和SharedClassLoader使用，从而实现了公有类库的共用
  
  b. CatalinaClassLoader和Shared ClassLoader自己能加载的类则与对方相互隔离
  
  c. WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离，多个WebAppClassLoader是同级关系

d. 而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个.Class文件，它出现的目的就是为了被丢弃：当Web容器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的HotSwap功能

为什么打破双亲委派模式？
- 隔离性
  - 一个web应用可以部署多个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本。
    - 因此需要保证每个应用程序的类库是独立的、相互隔离的。
  - web容器也有自己的类库，不能和应用程序的类库混淆，需要相互隔离
- 共享性
  - 部署在同一个web容器中的相同类库的相同版本可以共享，否则，会有重复的类库被加载进JVM
- 独立性
  - web容器支持jsp文件修改后不用重启，jsp文件也是要编译成.class文件的，支持HotSwap功能
tomcat如何打破双亲委派模式的？
参考tomcat类加载机制