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刚开始学习Java,如理去理解类加载机制?

刚开始学习Java,如理去理解类加载机制?

前言

不了解JVM的类加载机制你也可以coding,但是当你了解之后,可以让你在coding的时候避免很多坑,本文将以一道常见的面试题去剖析一下。本文参考 深入理解Java虚拟机(第2版) 。

1 public class ClassLoadTest {

2 private static ClassLoadTest test = new ClassLoadTest();

3

4 static int x;

5 static int y = 0;

6

7 public ClassLoadTest() {

8 x++;

9 y++;

10 }

11

12 public static void main(String[] args) {

13 System.out.println(test.x);

14 System.out.println(test.y);

15 }

16}

这里大家可以先猜测一下答案,可能结果会出乎你的意料~

类加载过程

先用一个图简单的描述一下类加载的这个过程

刚开始学习Java,如理去理解类加载机制?

加载

这个过程相当于从本地或者网络端去读取一个字节流,然后将一些静态储存结构转换成方法区中运行时期的数据,最后生成一个代表这个类的Class对象,作为方法区访问这个类的入口。

例如:

咱们可以通过一个类的全限定名去加载类通过jar、war包去加载类通过http请求去第三方平台上拉取指定的类来加载运行时计算生成,例如Cglib动态代理等等。

对Java技术,架构技术感兴趣的同学,欢迎一起学习,相互讨论。关注小编,后台私信【资料】可以获取免费的学习资料

针对上述例子,这里是加载一个 ClassLoadTest.class 对象。

验证

要理解这个环节并不是很难,一个东西要放到JVM上去运行,咱们肯定得对其进行一些过滤,不能啥都往上丢,这里的验证简单的举几个例子:

文件格式的验证:

①是否以魔数0xCAFEBABE开头;

②主次版本号是否在当前虚拟机处理范围内;

③常量池中的常量是否有不被支持的常量类型等等。元数据的验证:

①这个类是否有父类;

②这个类的父类是否继承了不被允许继承的类(final修饰的类);

③这个类不是抽象类,是否实现了所有接口中要实现的方法等等。字节码的验证:

①保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上;

②保证方法体中的类型转换是有效的等等。符号引用的验证:

①能否通过类的全限定名去找到对应的类;

②符号引用中的类、字段、方法是否可以被当前类访问等等。

准备过程

这个过程相当于给类变量分配内存并设置变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

针对上述例子:

1test = null;

2x = 0;

3y = 0;

注意:这里有个特殊情况,如果该字段被 final 修饰,那么在准备阶段改字段就会被设置成咱们自定义的值。 public static final int value = 11 ,在准备阶段就会直接赋值11,并不是该变量的初始值。

解析过程

将符号引用转换成直接引用的过程。这里有两个名词 符号引用 和 直接引用 。

符号引用:符号引用与虚拟机的布局无关,甚至引用的目标不一定加载到了内存中。符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能够准确的定位到目标即可。直接引用:直接引用可以直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用与虚拟机布局有关,如果有了直接引用,那么引用的目标必定已经在内存中存在。

而解析过程又会针对类、字段、方法进行解析,解析失败则会抛出相应的异常。例如在解析时发现没有访问权限会抛出 java.lang.IllegalAccessException 异常,查询不到引用字段会抛出 java.lang.NoSuchFieldException 异常,查询不到方法会抛出 java.lang.NoSuchMethodException 异常等等。

初始化

在准备阶段,变量已经赋值过系统要求的默认值,在初始化阶段,则会根据程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。这句话听起来有些绕口,根据上述例子,实际上就是:

1test = new ClassLoadTest();// x = 1;y =1

2y = 0;

这个过程,由于 x 咱们自己并没有去设定一个值,所以初始化阶段它不会发生任何改变,但是 y 咱们有设定一个值0,所以最后造成最终结果为 x = 1;y = 0 。

ps:在同一个类加载器下,一个类只会初始化一次。多个线程同时初始化一个类,只有一个线程能正常初始化,其他线程都会进行阻塞等待,直到活动线程执行初始化方法完毕。

总结

对于上面这个面试题,咱们用流程图简单的描述一下:

刚开始学习Java,如理去理解类加载机制?

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