Java 类加载流程 双亲委派模型

2024-06-04 03:20

本文主要是介绍Java 类加载流程 双亲委派模型,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

在 Java 中,类的加载是通过类加载器完成的,这个过程包括加载、连接(验证、准备、解析)和初始化三个主要阶段。

加载(Loading)

  • 读取数据:这是类加载的第一步,类加载器从文件系统、网络或其他源读取.class文件的二进制数据。
  • 生成Class对象:加载器将.class文件的二进制数据转换为java.lang.Class对象。此对象在JVM中代表这个类。

连接(Linking)

连接阶段分为验证、准备和解析三个步骤:

  • 验证(Verification):验证确保被加载的类符合JVM规范,没有安全问题。验证器检查字节码以确保它遵循Java语言的所有规则(例如,不允许使用跳转到无效位置的指令)。

  • 准备(Preparation):在准备阶段,JVM为类变量分配内存,并设置默认初始值,这些变量是被static修饰的变量。

  • 解析(Resolution):解析是将类、接口、字段和方法的符号引用转换为直接引用的过程。这意味着JVM会找出这些引用对应的实际地址。

初始化(Initialization)

  • 执行静态代码块和静态字段初始化:初始化是类加载的最后一个阶段,这个阶段中,JVM负责执行类构造器<clinit>()方法的过程。该方法是由编译器自动收集类中所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。执行顺序是按照静态变量声明和静态代码块在代码中出现的顺序。

类加载器

Java使用类加载器来实现类的加载。主要有以下几种类型的类加载器:

  • 引导类加载器(Bootstrap Class Loader):它加载Java的核心库(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar等)。这个加载器是用原生代码实现的。

  • 扩展类加载器(Extension Class Loader):它加载从标准Java类库扩展的类,这些类位于JAVA_HOME/jre/lib/ext目录或者由系统属性java.ext.dirs指定的目录。

  • 系统类加载器(System Class Loader):它根据Java应用的类路径(CLASSPATH)来加载Java类。一般来说,这个加载器是我们在程序中经常使用的。

类加载器之间存在父子关系,通常使用双亲委派模型来加载类。这种模型要求除了最顶层的启动类加载器外,其它的类加载器都应有自己的父类加载器。类加载请求首先由父类加载器处理,只有当父类加载器无法满足时,才由子类加载器自己去加载。

这个过程保证了Java应用的稳定运行,也避免了类的重复加载,同时核心Java类库的类总是被引导类加载器加载,这样就避免了被恶意代码替换或篡改。

初始化阶段是线程安全的,可以以此为原理实现单例模式。

双亲委派模型的工作原理

  1. 委派父类加载器:当一个类加载器尝试加载某个类时,它首先不会自己去加载这个类,而是把类加载的请求委派给它的父类加载器去完成。如果这个类加载器有自己的父类加载器,那么递归地进行这一委派过程,直到顶层的启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)。

  2. 顶层加载尝试:从启动类加载器开始,每层类加载器检查它是否能够加载这个类(是否已经加载过这个类),如果能够加载,就结束加载过程,返回类的Class对象;如果不能加载,委派的请求就会传递回子类加载器。

  3. 子类加载器尝试:如果所有的父类加载器都不能加载该类,最终这个加载任务会回到最初的发起者,由它来尝试加载这个类。

在特定的场合,比如在一些 Java 应用服务器中或者复杂的应用中,可能需要破坏双亲委托模型来满足特定的需求,如实现类的热替换(hot swapping)、多版本共存等。

自定义类加载器可以选择不遵守双亲委托模型。在 Java 中,可以通过继承 ClassLoader 类并重写 loadClass(String name) 方法来实现。在这个方法中,可以先尝试加载需要的类,如果失败再调用 super.loadClass(name) 来委托给父类加载器。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {@Overridepublic Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {try {// 尝试自己加载类byte[] bytes = loadClassData(name);return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);} catch (Exception e) {// 如果失败,委托给父类加载器return super.loadClass(name);}}private byte[] loadClassData(String name) {// 实现从文件系统、网络或其他来源加载类的字节码return ...;}
}

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