JVM类加载机制与双亲委派模型
原创JVM类加载机制与双亲委派模型
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目标概述
这篇文章主要认识jvm和懂得类加载机制，双亲委派模型，分为基础认识，和类加载两大模块，
JVM基础认识
什么是JVM虚拟机
我们知道，java可以做到平台无关性，一次编译四处运行，其实依靠的就是虚拟机，对.class字节码文件来说，不论是Liunx、windows
运行在一个软件上，就是jvm虚拟机，他提供了java编译运行的条件，而同一个jvm，在不同操作系统上，是根据不同操作系统编写的，
相当于做了一层过度，通过jvm，来让java具有跨平台的特性，是java语言的核心
User.java--->编译器----->User.class------>虚拟机------->Window系统
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|----->虚拟机----->mac系统
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类加载过程
|--->加载--->验证---->准备----->解析---->初始化
操作系统-虚拟机-JRE-JDK的关系
操作系统<虚拟机<JRE<JDK
JRE是java运行的环境，而JDK则是多了一些调试的工具，如编译器，调试器，和一些开发工具
生产环境部署的时候，一般选择JRE而不是JDK，
JRE安装包更小，打包镜像更省空间，但是缺少调试开发工具，如编译器与调试器，
特殊情况，需要编译调试的程序，就需要安装JDK
JVM内存结构
基于JDK8的HotSpot虚拟机，不同虚拟机不同版本会有不一样）
名称 | 作用 | 特点 |
|---|---|---|
程序计数器 | 也叫PC寄存器，用于记录当前线程执行的字节码指令位置，以便线程在恢复执行时能够从正确的位置开始 | 线程私有 |
Java虚拟机栈 | 用于存储Java方法执行过程中的局部变量、方法参数和返回值，以及方法执行时的操作数栈 | 线程私有 |
本地方法栈 | 用于存储Java程序调用本地方法的参数和返回值等信息。 | 线程私有 |
堆 | 用于存储Java程序创建的对象，所有线程共享一个堆，堆中的对象可以被垃圾回收器回收，以便为新的对象分配空间 | 线程共享 |
元数据区 | 用于存储类的元数据信息，如类名、方法名、字段名等，以及动态生成的代理类、动态生成的字节码等 元空间是位于本地(直接)内存中的，而不是像JDK8之前方法区位于堆内存中的。 | 线程共享 |
运行时常量池就时类加载之后，把类中常量的信息移动到元数据区，
字符串常量池jdk1.7以后哦才能够元数据区移动到堆中
常量池时编译后的概念，属于字节码class文件中，而运行时常量池是类加载之后的概念，存活时间不一样
方法区---可以看成一个接口，永久代和元数据区看成实现，元数据区是代替了永久代
方法区/元空间存储类元数据信息的区域，包括类的结构、方法、字段信息等
JVM类加载机制与双亲委派模型
User.java--->编译器----->User.class------>虚拟机------->Window系统
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|----->虚拟机----->mac系统
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类加载过程
|--->加载--->验证---->准备----->解析---->初始化
类加载子系统
类加载器ClassLoador
jvm面试必问内容，负责将类的字节码加载的jvm中，具体在下面的双亲委派机制细说
类加载器指的是类加载过程中的加载
链接器（Linker）
- 负责将Java类的二进制代码链接到Java虚拟机中，并生成可执行的Java虚拟机代码，包括 验证、准备和解析 等
- 验证操作主要是验证类的字节码是否符合JVM规范
- 准备操作主要是为类的静态变量分配内存并设置默认值
- 解析操作主要是将符号引用转换为直接引用
初始化器（Initializer）
- 负责执行Java类的静态初始化，包括静态变量的赋值、静态代码块的执行等
- 初始化器是类加载子系统的最后一个阶段
类加载的三个特点
双亲委派模型、
延迟加载（在需要某个类的时候再加载，减少启动时间）、
动态加载（在jvm运行的时候动态加载和卸载类（反射机制））
双亲委派机制
为何需要双亲委派机制
比如定义一个与jdk中重名的类，比如java.long.Object，与jdk同名同包
恶意注入的话，为了防止这种错乱，采用双亲委派模型
应用程序加载代码的时候，不止直接加载，而是先看父类加载器--拓展类加载器-，这里加载不了，再看启动类加载器，没有的话才会区加载应用程序类加载器，
上面Object的例子，再启动类的时候能加载出来，就不会报错了，在这里可以找到
JDK9模块化系统
随着jdk9模块化系统的引入，类加载器也发生了变化
（至于为何引入模块化系统，这里不做谈论，有人说没有意义，只是新的管理方式，每个模块有独立的开发测试部署环境）
大家可以看IDEA中External Libraies库中查看区别
类加载器ClassLoader源码解读
主要就是loadClass方法
双亲委派就是在这里实现的
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
//首先检查这个class是否已经加载过了
?
Class<?> c = findLoadedClass(name);
//c==null表示没有加载
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
// 如果有父类的加载器则让父类加载器加载
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//如果父类的加载器为空 则递归到bootStrapClassloader，这里就是双亲委派模型的实现
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
?
if (c == null) {
//这里就是启动类加载不到的情况，会调用findClass法
long t1 = System.nanoTime();
//findClass默认是未实现的，找不到，就拿应用程序类加载器加载了
c = findClass(name);
?
// this is the defining class loader; record the stats
PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}由此可见，findClass是留给我们程序员实现的，实现这个，就会去找新的其他的Class而不是应用程序中的Class，重写这个方法，就能不走Application，走我们指定生成的类，就能实现自定义类加载器
defineClass适用于定义类的方法，将字节数组转化为Class对象，将其添加到类加载器的命名空间中。这个是我们直接调用就可以了
resloveClass：解析类的方法，将类的引用转换为实际的类，进行链接和初始化
值得注意的是
private static class PlatformClassLoader extends BuiltinClassLoader {
static {
if (!ClassLoader.registerAsParallelCapable())
throw new InternalError();
}
private static class AppClassLoader extends BuiltinClassLoader {
static {
if (!ClassLoader.registerAsParallelCapable())
throw new InternalError();
}说的是继承关系，其实这些类加载器，其实是组合关系，通过组合实现父子属性
自定义类加载器
为何要实现类加载器？
比如需要网络传来的字节码文件，应用程序加载不到，就需要自定义类加载器，拓展加载源
还有就是可以自定义加密的类文件，通过加密，只有这个类加载器加载，保护机密类的安全
做重要的就是：实现类隔离（tomcat有大量的应用）
注意点：
通过上面ClassLoader的解析，可以知道，
我们实现类加载器，要先继承ClassLoader，然后重写findClass而不是loadClass(loadClass会破坏类的双亲委派模型)
重写的时候，获取加载源的流，调用defindClass方法，加载到自定义的命名空间就可以了
可能看到这里，还是不太理解为什么重写findClass方法能实现自定义类加载器了。
重写前
重写后
这样就实现了自定义类加载器了！
编码
public class JosephClassLoader extends ClassLoader {
?
private String codePath;
?
public JosephLoader(String codePath) {
this.codePath = codePath;
}
?
?
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
String fileName = codePath + name + ".class";
System.out.println(fileName);
//获取输入流
try (BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(fileName));
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();) {
int len;
byte[] data = new byte[1024];
while ((len = bis.read(data)) != -1) {
bos.write(data, 0, len);
}
//获取内存中字节数组,因为要调用defineClass方法，获得Class类对象
byte[] byteCode = bos.toByteArray();
//执行 defineClass 将字节数组转成Class对象
Class<?> defineClass = defineClass(null, byteCode, 0, byteCode.length);
return defineClass;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
?
}
}注意！：实现类隔离（tomcat有大量的应用）
自定义类加载器的这个用途，很多人不能理解，
个面试题：
不同类加载器是否会重复加载同个class类
答案是：不同类加载器会加载同名的，同路径，的类，即使时同一份字节码文件，被不同类加载器加载
对于同一份字节码文件，自定义类加载器去加载为对象实例，这些对象时不一样的，也就是说class字节码一样，但是Class对象时不一样的
可以这么理解，字节码文件，是编译好的，.class文件，还没经过jvm，不同的类加载器生成不同的Class类对象，可以类比为类和对象的关系。
这是tomcat常用的
但是！！！对于不自定义类加载器的场景
重复加载一个类，比如类静态代码的重复执行，引发难以意料的问题
为了避免上述情况的发生，采用双亲委派机制来处理
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
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