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什么是类加载器？什么是双亲委派模型?

2024-11-30 03:49

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一. 什么是类加载器，类加载器有哪些?

要想理解类加载器的话，务必要先清楚对于一个Java文件，它从编译到执行的整个过程。

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类加载器：用于装载字节码文件(.class文件)
运行时数据区：用于分配存储空间
执行引擎：执行字节码文件或本地方法
垃圾回收器：用于对JVM中的垃圾内容进行回收

1.1. 类加载器

JVM只会运行二进制文件，而类加载器（ClassLoader）的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。现有的类加载器基本上都是java.lang.ClassLoader的子类，该类的只要职责就是用于将指定的类找到或生成对应的字节码文件，同时类加载器还会负责加载程序所需要的资源

1.2. 类加载器种类

类加载器根据各自加载范围的不同，划分为四种类加载器：

启动类加载器(BootStrap ClassLoader)：该类并不继承ClassLoader类，其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。
扩展类加载器(ExtClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。
应用类加载器(AppClassLoader)：该类是ClassLoader的子类，主要用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类。
自定义类加载器：开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。

上述三种类加载器的层次结构如下如下：

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类加载器的体系并不是“继承”体系，而是委派体系，类加载器首先会到自己的parent中查找类或者资源，如果找不到才会到自己本地查找。类加载器的委托行为动机是为了避免相同的类被加载多次。

二. 什么是双亲委派模型？

如果一个类加载器在接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求任务委托给父类加载器去完成，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就返回成功；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才由下一级去加载。

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三. JVM为什么采用双亲委派机制

通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。
为了安全，保证类库API不会被修改

在工程中新建java.lang包，接着在该包下新建String类，并定义main函数

public class String {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("demo info");
    }
}

此时执行main函数，会出现异常，在类 java.lang.String 中找不到 main 方法

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出现该信息是因为由双亲委派的机制，java.lang.String的在启动类加载器(Bootstrap classLoader)得到加载，因为在核心jre库中有其相同名字的类文件，但该类中并没有main方法。这样就能防止恶意篡改核心API库。

四. 类装载的执行过程？

类从加载到虚拟机中开始，直到卸载为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（linking）。

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类加载过程详解

1.加载

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通过类的全名，获取类的二进制数据流。
解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构（Java类模型）
创建java.lang.Class类的实例，表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口

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2.验证

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验证类是否符合JVM规范，安全性检查

(1)文件格式验证:是否符合Class文件的规范

(2)元数据验证

这个类是否有父类（除了Object这个类之外，其余的类都应该有父类）
这个类是否继承（extends）了被final修饰过的类（被final修饰过的类表示类不能被继承）
类中的字段、方法是否与父类产生矛盾。（被final修饰过的方法或字段是不能覆盖的）

(3)字节码验证- 主要的目的是通过对数据流和控制流的分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。

(4)符号引用验证：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

比如：int i = 3; 字面量：3 符号引用：i

3.准备

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为类变量分配内存并设置类变量初始值

static变量，分配空间在准备阶段完成（设置默认值），赋值在初始化阶段完成
static变量是final的基本类型，以及字符串常量，值已确定，赋值在准备阶段完成
static变量是final的引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成

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4.解析

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把类中的符号引用转换为直接引用

比如：方法中调用了其他方法，方法名可以理解为符号引用，而直接引用就是使用指针直接指向方法。

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5.初始化

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对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作

如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。
如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。

6.使用

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JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码

调用静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法）
使用new关键字为其创建对象实例

7.卸载

当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存

五.类加载器面试

面试官：什么是类加载器，类加载器有哪些?

候选人:
JVM只会运行二进制文件，而类加载器（ClassLoader）的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中，从而让Java程序能够启动起来。
常见的类加载器有4个
第一个是**启动类加载器(BootStrap ClassLoader)**：其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。
第二个是**扩展类加载器(ExtClassLoader)**：该类是ClassLoader的子类，主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。
第三个是**应用类加载器(AppClassLoader)**：该类是ClassLoader的子类，主要用于加载classPath下的类，也就是加载开发者自己编写的Java类。
第四个是自定义类加载器：开发者自定义类继承ClassLoader，实现自定义类加载规则。

面试官：说一下类装载的执行过程？

候选人:

类从加载到虚拟机中开始，直到卸载为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（linking）
加载：查找和导入class文件
验证：保证加载类的准确性
准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值
解析：把类中的符号引用转换为直接引用
初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作
使用：JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码
卸载：当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存

面试官：什么是双亲委派模型？

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