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[Java教程]Java高级之虚拟机加载机制

Jvm要加载的是二进制流,可以是.class文件形式,也可以是其他形式,按照它加载的标准来设计就不会有太大问题。

 

以下主要就机制和标准两个问题分析一番:

 

首先来Java类文件的加载机制 ,跟变量的加载机制类似,它先把Class文件加载入内存,再对数据进行验证、解析和初始化,最终形成虚拟机可以直接使用的Java类型。由于Java是采用JIT机制,所以加载时会比较慢,但优点也明显,具有高度灵活性,支持动态加载和动态连接。

 

接下来就讲讲类的加载过程:

 

一个类加载的基本过程是按照下面的顺序 来,但也有不严格按照这个顺序来的,也有打乱顺序来的,如动态加载就得先初始化再解析。

 

1、加载 

由虚拟机自行决定,但也有由于下面的阶段要执行而执行上面阶段的情况。

 

这时虚拟机会做三件事:

第一、通过全限定名读取文件的二进制流;

第二、把文件里的静态方法和变量放到方法区中;

第三、生成一个对象放入堆中,作为访问入口。

注意第一条,仅是读取二进制流,没说具体从什么文件中读,也没说从哪里读,所以造就Java很强的扩展性,可以从Jar、Zip中,也可以从网络层、数据库层等 。

主要是对象和方法区的声明。

 

2、验证 

确保二进制流符合虚拟机的要求, 不符合会报VerifyError。 

 

第一、文件格式验证,是否有魔数,是否符合Java文件的要求;

第二、元数据验证,是否符合Java代码规范,如abstract类是否直接被实例化,普通类有无间接或直接父类Object等;第三、字节码验证,对数据流和控制流进行分析,保证不会做出危害虚拟机的行为,如 是否调用不存在的指令,是否把父类赋值给子类,是否把对象赋值给一个非此类型的对象等;

第四、符号引用验证,主要是类、变量、方法描述是否能找的到,如全限定名是否能找到该文件,是否具有可访问性等。

主要对内部结构的判定

 

3、准备 

为类变量赋初值,通常为0值如静态变量,而不会为实例变量赋值。

 

4、解析 

将常量池中的符号引用转化为直接引用的过程。这里说的符号引用指变量类型,直接引用指可以直接定位到对象的句柄。类、方法、字段、接口解析,根据全限定名获得相关对象,拿到它的类型,若无对所在类访问权会抛出IllegalAccessError,无字段NoSuchFieldError,无方法NoSuchMethodError,是类不是接口会抛出IncompatibleClassChangeError

 

5、初始化 

根据程序要求加载类和必要的资源。有且仅有四种情况,需要主动初始化后才能执行接下来的操作 ,所以要先执行上面的四步。

第一、有new或static关键字的类,new生成对象,static静态加载,这两个很明显要执行初始化了;

第二、使用类有父类,这没办法了;

第三、反射类里的方法,那肯定要初始化了对不对;

第四、执行的主类,用main方法的类。其他被动初始化的情况不需要考虑。

 

小例子:

 

 1 public class SuperClass { 2 static { 3 System.out.println(“SuperClass!!”); 4 } 5 public static int value = 1; 6 } 7 public class SubClass extends SuperClass { 8 static { 9 System.out.println(“SubClass!!”);10 }11 }12 public class TestClassLoad {13 public static void main(String[] args) {14 System.out.println(SubClass.value);15 SuperClass superClass = new SubClass();16 }17 }18 SuperClass!!19 120 SubClass!!

 

执行结果说明一个问题: 子类调用父类变量的时候 ,子类没有初始化,因为 此时的代码关系跟子类无关 ;子类初始化的时候,父类也没有再初始化,因为 父类在当前方法体中已经初始化 过了。接口与父类的唯一区别在于, 接口初始化不会要求父接口,只有用到父接口才会初始化 ,同样的都会生成类构造器。

 

这个时候加载类构造器,会初始化类中所有变量,当然父类先于子类初始化

 

6、使用 

加载完之后,该怎么样调用怎么样调用,绘图啊,计算啊等等

 

7、卸载 

类不再被调用

 

两个类是否相等,主要在于第一使用同一个加载器加载,第二全限定名地址一致

 

为什么要提出上面的问题呢?接下来要讲讲虚拟机的一个加载机制。

 

java虚拟机的角度来看,有两种类加载器,一种叫系统加载器(Bootstrap ClassLoader),一种叫自定义加载器(extends ClassLoader),这种呢又分为两个,一种叫应用加载器,一种叫扩展类加载器,一般默认为前者;而我们的应用程序加载主要由上面三个加载器相互配合完成的。三者的关系如Application–>Extension–>Bootsrap,双亲委派机制是指两两以组合的方式,子加载器先去调用父加载器的方法,没找到目标对象再去用子加载器

 

伪代码如下:

 

 1 loadClass(String name,boolean resolve){ 2 Class c=findLoadedClass() 3 if(c==null){ 4 if(parent !=null) 5 c=parent.loadClass(name,false); 6 c=findBootstrapClassOrNull(name); 7 }catch(ClassNotFoundException e){ } 8 if(c==null) 9 c=findClass(name);10 }

 

Java提倡我们去把自己调用类的逻辑写在findClass里,这样有助于双亲委派机制的正常使用。

 

破坏1、重写loadClass

 

破坏2、使用线程上下文加载器去让父加载器去调用子加载器的方法

 

破坏3、热加载 现在常用的做法是 自定义类加载器并 将原bug模块覆盖-OSGI

 

但由于自定义加载器之间的规则如果混乱,出现同时互相引用的问题,那么会最终找不到类,而出现线程死锁和内存泄露的问题。

 

关于热修复,也被称为插件,目前比较流行的有HotFix、Nuwa、DroidFix、AndFix等,这些框架均可以在github或其他地方找到,原理如上,方法多样,有覆盖的、有重定向的等等,通过配置、设置action等方式;而作为插件需要满足以下条件:

 

1、可以独立安装,但不可独立运行

 

2、具有向下兼容性,即可拓展性

 

3、只能运行在宿主程序中,而且可以被禁用、替换

 

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