有关JVM类加载器的一点点想法

蔚落 2022-12-23 03:20 173阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  导读
 *  导读的解读
 *  类加载器深入剖析
 *   *  Java虚拟机结束生命周期的时机
     *  加载
     *  链接
     *  初始化
     *  使用
     *  卸载
 *  Java程序对类的使用方式
 *   *  主动使用
     *  被动使用
     *  加载\`.class\`文件的方式
 *  应当注意的点

# 导读 #

**在Java代码中，类型的加载、链接与初始化过程都是程序运行期间完成的。类加载给程序提供了更大的灵活性。**

# 导读的解读 #

*  运行的时候，我们往往就是直接点击编译器的运行按钮；而C、C++则是先点击编译，再点击运行。所以类似C、C++这类语言就是在程序运行之前的编译期间完成，而Java则是在运行期间完成。
 *  这里的类型是特指一些类，而不是对象，比如我们一开始所写的public class HelloWorld，这个HelloWorld就是这里所指的类**其中一种情况**。
 *  还有一种情况就是**动态代理**。在动态代理中获得生成类的增强类，也会加载、链接、初始化。

# 类加载器深入剖析 #

顾名思义，类加载器就是**用于加载类的工具**。首先先来了解一下Java虚拟机的结束时间。

## Java虚拟机结束生命周期的时机 ##

*  执行了System.exit()方法
 *  程序正常执行结束
 *  程序在执行过程中遇到了异常或错误而终止
    
    > *异常或错误会被Java虚拟机在当前位置一直向上抛出。但是如果没有什么机制接住异常的话，将会一直抛出到main方法中，最后因为无法处理而终止。*
 *  由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止 *（不可控，所以不展开讨论）*

## 加载 ##

类的加载过程是“查找并加载类的二进制数据”，也就是**生成字节码**，并将字节码**放入内存中**。

jdk**1.7**以及以前的版本会将这些放入**运行时数据区的方法区**内，而jdk8添加了**原空间**来存放这些字节码。接着在内存中创建**唯一一个java.lang.Class对象**用于**封装方法区内的数据结构**。

**这正是反射机制的源头**。不觉得“是什么”慢慢填补了之后“为什么”也就迎刃而解了吗？

但是规范中并没有规定这些Class对象应该位于哪里，Oracle的HotSpot虚拟机导师把这些放在了方法区内。这倒不是什么重点。

虽说这些字节码是编译器自动生成的，但是这些字节码可以被人为修改，所以在链接之前将会在**后续阶段**中好好地验证一遍。

## 链接 ##

*  验证：确保被加载类的正确性（验证字节码）
 *  准备：为类的**静态变量**分配内存，将其初始化为默认值。
    
    > 需要强调的是，这里的默认值是编译器定义的默认值。也就是说，在加载这个类的时候，将会给类内的静态变量分配一个内存空间，而这个变量立马就被规定为默认值。比如int类型将会获得数字“0”等等。
 *  解析：将类中的**符号引用**转换为**直接引用**。

## 初始化 ##

在连接完成后，为类的静态变量**赋予正确的初始值**。举个例子：

public static int a = 1;

链接阶段的准备工作，a被赋予了数字“0”，但是在连接完成后的初始化阶段中，将会重新将a赋值为“1”。

## 使用 ##

也就是正常的调用等等操作，包括访问、修改和删除等等。

## 卸载 ##

将类的字节码从内存中删除，这样就不能继续使用这个类了，需要时可以重新加载到内存中。平时使用场景非常少。

# Java程序对类的使用方式 #

使用方式可以分为两种，**主动使用**和**被动使用**。

所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口被程序“**首次主动使用**”时才初始化他们。

而什么是“首次主动使用”？就是**只有在第一次主动使用**的时候初始化。

## 主动使用 ##

*  创建类的实例（`new`）
 *  访问某个类或者接口的**静态变量**，或者对该静态变量赋值
 *  调用类的静态方法
 *  反射
 *  初始化一个类的子类（子类被创建的时候，**所有的父类**都会被创建）
 *  Java虚拟机启动时被标名为启动类的类
 *  动态语言支持（从jdk1.7开始支持）

## 被动使用 ##

除了上述七种情况，其他的所有情况都是类的**被动使用**，也就不会导致类的初始化。

## 加载`.class`文件的方式 ##

由于JVM规范并没有规定我们一定要从哪里加载这些`.class`文件，所以我们甚至可以加载不在本地的文件。这也正是为什么我们可以往我们的项目中添加jar包，也正是`Spring`框架中的`Maven`如此好用的原因。

所以有很多种方法可以加载：

*  从本地系统中直接加载
 *  通过网络下载.class文件
 *  从zip、jar等归档文件中加载.class文件
 *  从专有数据库中提取.class文件（用的极少）
 *  **将Java源文件动态编译为.class文件**
    
     *  动态代理
     *  jsp在运行期间会被转换成servlet，最终会被编译成.class文件

# 应当注意的点 #

*  主动使用
    
     *  **对于静态字段来说，只有直接定义了该字段的类才会被初始化**
        
        也就是说子类如果是从父类继承得到了静态变量而不是直接在子类内部定义的话，调用子类继承而得的静态变量时子类不会被初始化。
     *  **当一个类在初始化时，要求其父类全部都初始化完毕才开始执行初始化**

所以，`Java`在实际运行中将会占用非常大的内存，这对于吞吐量极大的项目来说并不是一个好的选择，这也正是为什么腾讯和`bilibili`都正在逐渐使用`Go`重写整个系统。

不过，即使`Java`依然在性能上有着无法反驳的劣势，却在生态上有着无可撼动的地位。基于`Spring Cloud`的微服务框架能够集成`RabbitMQ`、`Redis`、`Zuul`、`Consul`等一切企业级信息管理框架所需要的内容，再加上基于`Spring Boot`的模块可以使用`yml`轻松集成，如此强大的生态已经成为了`Java`立于不败之地的重要因素。不仅如此，在面对海量的并发控制和请求处理的时候，可以**使用非常多的服务器并联处理**，做到了物理意义上的“**三个臭皮匠，顶个诸葛亮**”。这也是为什么`Java`依然能够在运行内存占用非常高的情况下依然保持这么高的支持率的原因之一。也正因为高支持率，才有了强大的社区和丰富的库。这就是一个良性循环了。

当然，随着微服务、`RPC`协议、`RESTful`接口规范等的提出，单个模块中使用什么语言逐渐变得不再重要了。**只对外暴露输入和输出接口**，**屏蔽了中间过程的一切实现**，已经成为了现在开发的主流。每个模块是选择开发效率更高的语言，或者是选择执行效率更高的语言，就看每个公司的追求了。所以，也无所谓`Java`还是`Go`的抉择，只要**适合**该企业，能够在该企业的**要求时间内**完成所有内容，并且该企业有**足够**的资金维护该系统，那么使用该语言**就是合适**的。

是不是有点能理解了呢？