Java虚拟机 二、类加载子系统

一、什么是类装载子系统？

你妈妈[ClassLoader]给你[Execution Engine]找到相亲姑娘，是否能成得看你自己的本事

运行时常量池： 常量池在运行时加载到内存里，就叫做运行时常量池

二、类装载子系统架构图

三、类的加载过程

1. 加载

加载.class文件的方式

2. 链接

将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。

符号引用：一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的Class文件格式中。

直接引用：直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄

事实上，解析操作往往会伴随着jvm在执行完初始化之后再执行

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

3. 初始化：初始化模块，初始化阶段就是执行类构造器方法()的过程

没有定义()，但是在二进制文件中()方法存在

如果没有给变量赋值，也没有静态代码块，就不会有()方法

前向引用

若该类具有父类，JVM会先调用父类的方法，再调用子类的方法

一个类只会被加载一次，也就是说只会调用一次方法，类第一次被加载之后，会在内存中缓存起来，下次再使用这个类，直接从内存中取。

举例说明：假设现在有两个线程th1，th2都想要加载类TestClass，如果线程th1抢到加载类的语句TestClass t = new TestClass()，th1就去加载类，因为会被同步加锁，th2就进不去加载类的方法，所以只会有一个线程可以成功打印初始化语句
   

四、类加载器分类

1. 引导类加载器：BootStrap ClassLoader

2. 自定义类加载器：

2.1 扩展类加载器(Extension Class Loader)：JVM自带

2.2 应用程序类加载器(系统类加载器，System Class Loader) ：JVM自带

2.3 程序员自定义类加载器

如果需求不复杂，也可以直接继承URLClassLoader类，这样可以避免自己去编写findClass()方法及其获取字节码流的方式，使自定义类加载器编写更加简洁

五、获取不同类的加载器代码演示

/**
 * ClassLoader加载
 */
public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //获取其上层  扩展类加载器
        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@610455d6

        //获取其上层 获取不到引导类加载器
        ClassLoader bootStrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootStrapClassLoader);//null

        //对于用户自定义类来说：使用系统类加载器进行加载
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //String 类使用引导类加载器进行加载的  -->java核心类库都是使用引导类加载器加载的
        ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null获取不到间接证明了String 类使用引导类加载器进行加载的

    }
}

/**
 * 虚拟机自带加载器
 */
public class ClassLoaderTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("********启动类加载器*********");
        
        // 1. 获取BootStrapClassLoader能够加载的api路径
        URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        
        /*
            打印结果
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/lib/resources.jar
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/lib/rt.jar
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/lib/sunrsasign.jar
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/lib/jsse.jar
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/lib/jce.jar
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/lib/charsets.jar
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/lib/jfr.jar
            file:/E:/software/java/java/jdk/jdk1.8.0_131/jre/classes
        */
        for (URL e:urls){
            System.out.println(e.toExternalForm());
        }

        // 2. 从上面的路径中随意选择一个类 看看他的类加载器是什么
        //Provider位于 /jdk1.8.0_171.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar 下
        ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
       
        // 3. 引导类加载器是获取不到的，这里为null也可以说明该类是由引导类加载器获取的
        System.out.println(classLoader);//null

        System.out.println("********拓展类加载器********");
        // 扩展类加载器从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库    
        String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
    
        // E:softwarejavajavajdkjdk1.8.0_131jrelibext
        // C:WindowsSunJavalibext
        for (String path : extDirs.split(";")){
            System.out.println(path);
        }
        //从上面的路径中随意选择一个类 看看他的类加载器是什么:拓展类加载器
        ClassLoader classLoader1 = CurveDB.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4dc63996
    }
}

六、ClassLoader

七、双亲委派机制

1. 双亲委派机制工作原理

1.1 原理

1.2 举例说明

自定义一个java.lang.String，然后在另外的类中调用String类，会发现只打印了"hello"，没有打印"我是自定义加载类"，也就是说，Java其实没有调用我们自定义的String类

这就是因为双亲委派机制，最上层的引导类加载器发现自己可以完成加载任务[BootStrap引导类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类]，所以就去加载了核心类库中的String类，没有加载用户自定义的String类。

而且核心类库中的String并没有main方法，在自定义的String类中运行main方法，加载的类是核心类库的String类，就会报找不到main方法的错误

2. 双亲委派机制的优势

| 假设我们现在要在java.lang包下定义一个类MyString，类加载的时候，引导类加载器发现这个类归它加载，但是java.lang包需要访问权限，所以就会报错

3. 沙箱安全机制 

自定义String类，但是在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载过程中会先加载jdk自带的文件(rt.jar包中的javalangString.class)，报错信息说没有main方法就是因为加载的是rt.jar包中的String类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

八、补充内容

1. 在jvm中表示两个class对象是否为同一个类的两个必要条件

换句话说，在jvm中，即使这两个类对象(class对象)来源同一个Class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的.

自定义的java.lang.String类和核心库中的java.lang.String，前者的ClassLoader是系统类加载器，后者的ClassLoader是引导类加载器，所以这两个String不是同一个类

2. 对类加载器的引用

JVM必须知道一个类型是由启动类加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证两个类型的类加载器是相同的。

3. Java程序对类的使用方式分为主动使用和被动使用

主动使用和被动使用的区别就是是否会导致类的初始化

主动使用，分为七种情况

除了以上七种情况，其他使用java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。