java面试题-JVM类加载机制

素颜马尾好姑娘i 2023-09-27 15:03 40阅读 0赞

1.  ## 类加载的生命周期？ ##

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#### **1. 加载阶段（Loading）** ####

在Java程序中，当需要使用某个类时，JVM会使用类加载器来查找并加载该类文件。类加载器会首先从文件系统或网络中查找相应的 **.class** 文件，读取类的二进制数据，并将其存储在JVM的内存中。在这个过程中，JVM会为该类创建一个对应的Java类对象。这个Java类对象包含了该类的类名、父类名、接口名、访问修饰符、成员变量和成员方法等信息。

#### **2. 链接阶段（Linking）** ####

在类加载完成后，JVM会对该类进行链接。链接分为三个步骤：验证、准备和解析。

*  验证阶段：在验证阶段，JVM会对类文件的格式、依赖关系、语义等进行检查。如果验证失败，JVM会抛出相应的异常。

*  准备阶段：在准备阶段，JVM会为类的静态成员分配内存空间，并设置默认初始值。在Java程序中，静态变量的默认初始值是0或null，而不是程序员在代码中定义的初始值。如果类的静态成员是常量，则在编译期间就已经分配了内存空间，并设置了正确的初始值。因此，在准备阶段，常量并不需要分配内存空间。

*  解析阶段：在解析阶段，JVM会将类中的符号引用转换为直接引用。在Java程序中，类中的方法调用、变量引用等都是通过符号引用实现的。而在JVM中，这些符号引用需要被解析为直接引用，以便JVM能够正确地执行程序。在解析阶段，JVM会将符号引用转换为直接引用，并生成相应的调用指令。

#### **3. 初始化阶段（Initialization）** ####

在初始化阶段，JVM会为类的静态成员赋予正确的值。在Java程序中，静态变量和静态代码块的初始化操作都是在初始化阶段完成的。当JVM完成初始化操作后，Java程序才能正常地使用该类。需要注意的是，初始化操作只会执行一次。如果类已经被初始化过，JVM不会再次执行初始化操作。

总体来说，Java类加载器的生命周期可以分为加载、链接和初始化三个阶段。在这三个阶段中，JVM会对类文件进行验证、解析、分配内存空间、设置初始值等操作，以确保Java程序的正确执行。

## 2.类加载器的层次? ##

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在Java中，类加载器的层次结构可以分为以下三个层次：

1.  ### **启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）** ###

启动类加载器是JVM内置的类加载器，它负责加载JRE核心库中的类，包括 **rt.jar** 和 **resources.jar** 中的类。它是Java类加载器中唯一没有父类加载器的加载器，由JVM自身实现。在Java程序中，我们无法直接获取到启动类加载器的引用。

1.  ### **扩展类加载器（Extension ClassLoader）** ###

扩展类加载器是用来加载JRE扩展目录中的类，通常位于 **jre/lib/ext** 目录下。它的父类加载器是启动类加载器。扩展类加载器的实现由JVM提供，它可以通过 **java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent()** 获取到其父类加载器。

1.  ### **应用程序类加载器（Application ClassLoader）** ###

应用程序类加载器（也称为系统类加载器）是用来加载应用程序类路径上的类，通常位于 **classpath** 下的类和库。它的父类加载器是扩展类加载器。应用程序类加载器的实现也由JVM提供，可以通过 **java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader()** 获取到其引用。

1.  ### **自定义类加载器** ###

除了这三个基本的类加载器，Java还支持自定义类加载器。自定义类加载器可以继承自 **java.lang.ClassLoader** 类，通过重写其中的 **findClass()** 方法和 **loadClass()** 方法实现类的加载。这样可以实现特定的类加载需求，比如从网络或数据库中动态加载类。在实现自定义类加载器时，需要注意遵循双亲委派模型的原则，保证类的唯一性和正确性。

## 3.Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别? ##

在Java中，**Class.forName()** 和 **ClassLoader.loadClass()** 都可以用来加载类，但二者有一些区别。

1.  **类加载器的区别**

**Class.forName()** 方法使用的是当前线程的类加载器（即调用 **Class.forName()** 方法的类的类加载器）来加载指定的类。如果没有指定类加载器，那么默认使用的是系统类加载器。如果这个类还没有被加载，那么该方法将加载并初始化这个类。如果这个类已经被加载，那么该方法将返回这个类的 Class 对象。此外，**Class.forName()** 还可以指定是否要初始化这个类。

**ClassLoader.loadClass()** 方法是一个实例方法，需要通过类加载器的实例来调用。它只是简单地加载指定的类，但不会对其进行初始化操作。如果想对这个类进行初始化，需要调用 **Class.forName()** 或 **Class.newInstance()** 方法。

1.  **返回值的不同**

**Class.forName()** 方法返回一个 Class 对象，该对象包含了类的所有信息，包括类的名称、方法、属性等。

**ClassLoader.loadClass()** 方法只是简单地加载类，返回的是一个 **Class<?>** 类型的对象，只包含类的类型信息。如果需要使用该类的实例对象，还需要通过反射或者其他方式来获取。

1.  **加载类的方式的不同**

**Class.forName()** 方法会在加载类的同时对其进行初始化操作，这意味着会执行静态代码块和初始化类变量等操作。

**ClassLoader.loadClass()** 方法只会简单地加载类，不会执行任何初始化操作。如果需要对类进行初始化，需要手动调用 **Class.forName()** 或者 **Class.newInstance()** 方法。

需要注意的是，**Class.forName()** 和 **ClassLoader.loadClass()** 在加载类时都会遵循双亲委派模型。即当一个类加载器需要加载一个类时，它首先委派给其父类加载器去加载，如果父类加载器无法加载该类，再由该类加载器自己尝试加载。这样可以保证类的唯一性和正确性。

## 4.JVM有哪些类加载机制？ ##

Java虚拟机（JVM）的类加载机制主要包括以下几种：

1.  ### 全盘负责机制（Bootstrap ClassLoader） ###

Java虚拟机内置的启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）会负责加载Java平台核心库中的类，包括 **java.lang**、**java.util** 等类。由于这些类都是由JVM实现的，因此在加载这些类时，不需要考虑类的版本和安全性问题。

1.  ### 父类委托机制（Parent Delegation Model） ###

父类委托机制是Java类加载机制中的核心机制。当一个类需要被加载时，它会先委托给父类加载器去尝试加载。如果父类加载器无法加载这个类，那么它才会由当前类加载器自己去加载。这个过程会一直持续到最顶层的启动类加载器为止，如果仍然无法加载该类，那么就会抛出 ClassNotFoundException 异常。

父类委托机制可以保证Java虚拟机中的类不会出现重名的情况，而且可以保证Java类库的安全性。

1.  ### 缓存机制（Cache Mechanism） ###

缓存机制是指，在类加载器加载一个类之后，会将这个类的Class对象缓存起来，下次再加载这个类时，就可以直接从缓存中取出，避免重复加载。

缓存机制可以提高类的加载效率，避免重复加载类的字节码，但同时也可能会导致内存泄漏问题。

1.  ### 双亲委派机制（Double-Delegation Mechanism） ###

双亲委派机制是一种更加严格的父类委托机制。在双亲委派机制中，除了顶层的启动类加载器，每个类加载器都有且只有一个父类加载器，并且会优先委托给父类加载器去加载类。如果父类加载器无法加载该类，才会尝试自己去加载。这样可以保证类的唯一性和正确性，避免了重复加载和安全问题。

*  当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。

*  当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。

*  如果BootStrapClassLoader加载失败(例如在$JAVA\_HOME/jre/lib里未查找到该class)，会使用ExtClassLoader来尝试加载；

*  若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载，如果AppClassLoader也加载失败，则会报出异常ClassNotFoundException

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