meethigher-理解加载class到JVM的时机

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最近有看《深入理解Java虚拟机》，作者很聪明，这边直接一笔带过，跟没提一样。

甚至百度都搜不到，领域大佬直接给大众树了死标杆，由此，我自己来记录踩坑了。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，不知道说了多少次。

一、idea远程断点

1.1 远程断点基本步骤

为啥要远程断点？

我特意干掉了某个依赖，本地可以启动，打包后有bug，我还特意确定了本地也是没有引入的。我怀疑是idea偷偷给我引入了。所以要排查问题，只能远程断点排查了。

远程调试的要点是，本地的代码与远程的jar包是一致的，这样才能保证断点的行数能够对的上。

不管远程的debug还是本地的debug，都是通过远程连接到jvm执行的。至于为啥，我也不知道。

可以搜索相关的JPDA技术，JPDA 的全称是 Java Platform Debugger Architecture，即java平台的调试技术。

准备环境

• 本机机器192.168.110.199
• 本地调试工具idea2021
• 远程机器10.0.0.10

两种debugger模式

1. Attach to remote JVM：远程项目先启动，本地主动连接远程已启动好的项目。可能会存在，你连接上时，你的断点已经过了。
2. Listen to remote JVM：本地监听先启动，监听到远程项目启动后自动连接。推荐使用这种方式，这也是我们idea直接debug所使用的方式。

将图中生成的args复制下来，进行相应的修改。

-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=n,address=192.168.110.199:54188

本地debugger模式启动，远程执行命令启动。

java -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=n,address=192.168.110.199:54188 -jar class-load-1.0.0.jar

结果如图

1.2 条件断点

idea在断点处进行右键，输入条件即可，如图。

二、通过字节码文件创建对象

创建一个自定义的类加载器，用于加载One.class字节码。

One.class具体获取在第三节

/*** 自定义类加载器** @author chenchuancheng github.com/meethigher* @since 2022/7/22 21:58*/
public class CustomClassLoader extends ClassLoader {private final byte[] bytes;public CustomClassLoader(String classPath) {try {FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath);ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();int b;while ((b = fis.read()) != -1) {bos.write(b);}this.bytes = bos.toByteArray();bos.close();fis.close();} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e.getMessage());}}@Overridepublic Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {// 首先，检查class是否已经被加载Class<?> c = findLoadedClass(name);// 类名不是指定的类的，默认使用委托的父类加载器if (!name.equals("One")) {ClassLoader parent = getParent();c = parent.loadClass(name);}//如果为空，就将字节数组转换为类if (c == null) {c = defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);}return c;}
}

加载效果如图

三、理解加载字节码到JVM的时机

其实到这里才是正文。

3.1 应用场景

起因，我写了一套监控数据库的基础组件，基础组件嘛，只提供最基础的功能逻辑，而不提供依赖jar包。等到有人使用我的组件时，按需引入依赖就行了。轻量可复用，多好！

打包时不将依赖打入jar包，只需maven依赖scope改为provided即可。scope默认的是compiled。

我的监控对象如下。

依赖

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-mongodb</artifactId><version>2.5.2</version><exclusions><exclusion><groupId>org.mongodb</groupId><artifactId>bson</artifactId></exclusion></exclusions>
</dependency>

具体源码如下

import com.mongodb.client.MongoClient;
import com.mongodb.client.MongoClients;
import com.mongodb.client.MongoDatabase;
import com.mongodb.client.MongoIterable;
import org.bson.Document;public class One {public One() {}public void OnePrint() {System.out.println("哈哈哈哈");}public void mongoInfo() {MongoClient client = MongoClients.create();MongoDatabase db = client.getDatabase("test");MongoIterable<String> collectionNames = db.listCollectionNames();String str = String.format("{collStats : '%s'}", "test");//B为单位Document document = Document.parse(str);document = db.runCommand(document);System.out.println(document);}
}

我想实现的效果是，即使我没有使用的那些依赖，仍然能new One()成功。等到实际调用mongoInfo()时，如果没有依赖再报错嘛。

但是，我new One()时，就已经触发了Bson的class加载到JVM。

为了更能直观的查看结果，我直接加载One的字节码。

启动命令带上参数-verbose:class表示查看类加载明细。

为啥要加载字节码？因为用IDEA启动，在没有依赖时，会有编译检查，没法直接运行。

我想模拟没有依赖的环境，两种办法都可行，一种是远程连接jar包，一种是加载字节码。

当然也可以配置idea跳过编译检查，麻烦。

到这里，我就好奇了，为啥Bson还没调用的时候，就load到jvm了？而mongo就不会这样？

为了验证上面的问题，我又加入Bson依赖，再次查看类加载结果，确实没有加载mongo。

这边查询《深入理解Java虚拟机》，作者很聪明，只讲了类初始化时机，类加载的触发条件，闭口不讲。

3.2 bug明晰

先明确几个概念。

类加载：字节码load到jvm

类初始化：碰到new、反射invoke、直接调用类的静态变量or方法时等等，会触发类的初始化。一定程度上这也可以理解成类加载的触发条件，因为类加载后才会初始化嘛。

对象实例化：new Object()，这就表示了实例化了一个类型为Object的对象。

顺序：类加载 -> 类初始化 -> 对象实例化

实例化上述代码中的One对象时，由于One中引用了Document以及MongoClient等。

其中Document实现自Bson接口，MongoClient实现自Closeable接口。

通过启动时，查看类加载过程，可知，虽然只是引用、尚未调用，顶级父类仍然会加载到jvm，即进行类加载。

通过注释掉其中一行涉及到多态的写法，就不会触发Bson的类加载了。

总结来说，**类A被调用时，类A引用到的类B直接涉及的父类/父接口(比如多态写法)会立即执行类加载。**而引用的类B本身，通常（父级为抽象类时为特殊情况）在被调用时，才会触发其类加载。所以这个问题，只要使用非多态写法即可解决。

非多态写法的类，是需要调用，才会触发加载。

多态写法的，引用到的抽象类和接口的加载情况略有不同。

经测试，父级只要引用到，即使没有调用也会立即加载。对于父级是抽象类的，还会带着子类一同加载。对于父级是接口的，子类只会在被调用时加载。

3.3 思想验证

已经明确的是，非多态写法只有使用到时才会触发类加载。

至于父级抽象类和接口的加载时机，需要测试。

One继承自抽象类AbstractClass，Two实现自InterfaceClass。

public class Three {public void test() {InterfaceClass aClass = new Two();}public void test1() {AbstractClass aClass = new One();}public static void main(String[] args) {new Three();}
}

如上案例项目启动，没有引用到父级方法时，jvm只会加载Three。

但是如果引用到父级的方法。

public class Three {public void test() {InterfaceClass aClass = new Two();aClass.test();}public void test1() {AbstractClass aClass = new One();aClass.test();}public static void main(String[] args) {new Three();}
}

可以看到引用到父级方法时，

如果父级是接口，则jvm只会加载接口。

如果父级是抽象类，则jvm会加载抽象类和实现类。

3.4 解决方案

我所说的解决方案是不加依赖的情况下。

第一，非多态写法。这个不可行，毕竟这是别人包里的api。

第二，**将类的引用，放到另外一个类，利用类本身就是懒加载的特性，实现延迟加载。**该思路借鉴单例模式的延迟初始化占位类思想。

代码如下

import com.mongodb.client.MongoClient;
import com.mongodb.client.MongoClients;
import com.mongodb.client.MongoDatabase;
import com.mongodb.client.MongoIterable;
import org.bson.Document;public class One {public One() {}public void OnePrint() {System.out.println("哈哈哈哈");}public void mongoInfo() {MongoClient client = MongoClients.create();MongoDatabase db = client.getDatabase("test");MongoIterable<String> collectionNames = db.listCollectionNames();String str = String.format("{collStats : '%s'}", "test");//B为单位System.out.println(OneHolder.hold(db, str));}private static final class OneHolder {/*** 这样就相当于将引用放到了OneHolder这个类这里* 只有OneHolder被调用时，才会触发引用到的类的父级的加载** @param db* @param str* @return*/private static Document hold(MongoDatabase db, String str) {Document document = Document.parse(str);return db.runCommand(document);}}public static void main(String[] args) {new One();}
}

类的懒加载：类被调用时触发类加载，用到才会加载。

单例的懒加载：类加载完成后，等到初次获取实例时，进行对象的实例化。

单例的急加载：类加载并执行初始化时就立即进行对象的实例化。

3.5 有趣案例

看代码

public class Base {private String baseName = "base";static {System.out.println("Base静态代码块执行");}public Base() {System.out.println("Base构造函数执行");callName();}public void callName() {System.out.println(baseName);}static class Sub extends Base {private String baseName = "sub";static {System.out.println("Sub静态代码块执行");}public Sub() {System.out.println("Sub构造函数执行");}public void callName() {System.out.println(baseName);}}public static void main(String[] args) {Base b = new Sub();//null}
}

运行结果是

Base静态代码块执行
Sub静态代码块执行
Base非静态代码块执行
Base构造函数执行
null
Sub非静态代码块执行
Sub构造函数执行

通过多态形式实例化Sub，加载顺序如下。

1. 父类的静态代码块和静态变量
2. 子类的静态代码块和静态变量
3. 父类的非静态代码块和非静态变量
4. 父类的构造函数
5. 子类的非静态代码块和非静态变量
6. 子类的构造函数

子类Sub没有构造函数，所以就是默认的public new Sub(){}

由于子类重写了父类的callName方法，所以执行父类构造函数里面callName实际是获取子类的baseName，而此时子类的变量还没有进行加载，所以为null

四、参考致谢

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