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三、类加载和初始化

三、类加载和初始化

面试题：

描述一下类加载器的层次？
双亲委派
为什么要双亲委派

Class文件如何加载到内存中的并且是如何执行的

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3.1 Class Cycle

Class文件在我们硬盘中，那么它是如何加载到内存中总共需要三个大的步骤

Loading步骤

Loading 是将本地的classfile的二进制的内容加载到内存中

Linking 步骤
1. Verification 校验
Verification 的主要过程就是用来校验，如何加载的文件的字节码头不是CAFEBABE，该过程就会被拒绝。
1. Preparation
  
  Preparation过程主要作用就是将静态变量赋默认值假设定义public static int i=8;在这个过程中并不是把i的值赋值成8，而是要对静态变量i进行默认值的赋值也就是0;
2. Resolution
  
  该过程将class文件中常量池用到的一些符号引用转换为内存地址
Initializing 步骤

静态变量在该步骤下进行赋值为初始值，才会调用静态代码块。

3.2 ClassLoader

JVM本身有个类加载器的层次这个类加载器就是普通的Class，这个加载器的层次就是用来加载不同的class

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注意：任何一个classfile被加载到内存中的都会存在两个部分，

第一个部分二进制的classfile确实被load内存中

第二个部分生成的class类的对象，class中还会存在其他对象，引用到class对象，而class类对象指向classfile的内存加载

扩展为 Class对象究竟存储在哪里？

Class对象存储在metaspace里面

Metaspace 是JDK1.8版本出现的，Metaspace 就是方法区methodarea 1.8版本移出了永久代，原本在1.8版本之前 PermGenerationspace部分变更成了metaspace 而这两个地方指代的都是方法区。

怎么才能够知道哪些类是由哪些加载器进行加载的呢？

最顶层

BootstrapClassLoader

加载lib/rt.jar charset.jar等核心类 C++实现。

主要负责加载jdk中最核心的jar ，例如runtime.jar 或者是我们平时锁说的String.class,Object.class 都是位于lib/rt.jar

会出现null值调用的是最顶层加载器，在java的类中没有这样的对象去应对他。

第二层

ExtClassLoader

加载扩展的jar包，jre/lib/ext/*.jar

或由-Djava.ext.dirs指定

第三层

AppClassLoader

加载classpath指定的内容

第四层

自定义加载器

加载自定义的类的内容。

 public class ClassLoaderTest01 {  
     public static void main(String[] args){       
         System.out.println(String.class.getClassLoader());     System.out.println(sun.awt.HKSCS.class.getClassLoader());     System.out.println(sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService.class.getClassLoader());     System.out.println(ClassLoaderTest01.class.getClassLoader());     System.out.println(sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader());     System.out.println(ClassLoaderTest01.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader());       } }

类加载器的加载过程叫双亲委派。

在双亲委派中存在一个概念叫父加载器这里的父加载器不是继承关系

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该图描述的是语法上一种继承关系，而继承关系和父加载器没关系。

父加载器其实指代的是 ClassLoader源码中有一个变量这个变量叫Classloader类型名称叫parent

3.3 双亲委派

Class文件通过自定义的classloader进行加载，如果他没有加载，那么则委托它的父加载器appclassloader 加载， appclassloader 判断是否为本地加载如果有则直接加载，如果没有则继续向上委托，直到顶层的加载器bootstrapClassLoader，但是当顶层的加载器，也没有加载，就会向下委托，当所有的下级加载器都没有加载那么则抛出异常 classNotFound 异常，如果下级加载器能够加载，那么就由下级加载器进行加载。

双亲：指的有一个从子到父的过程又有一从父到子的过程

委派：自己不想做的事情委托别人去完成

向上委派的时候父加载器都是到 Cache中取寻找

可以把这个缓存理解成是一个list或者是一个数组。

面试题为什么要去使用双亲委派？

\1. 防止加载同一个class文件，保证数据的安全

\2. 保证核心的class文件不被篡改，即使被篡改了也不会加载，即使被加载也不会是同一个class对象为了保证class的执行安全。

这部分代码是被写死的。

3.4 父加载器

父加载器不是了的加载器的加载器，也不是加载器的父类的加载器

父加载器其实指代的是 ClassLoader源码中有一个变量这个变量叫Classloader类型名称叫parent

   public class ClassLoaderTest02 {  
       public static void main(String[] args){       System.out.println(ClassLoaderTest02.class.getClassLoader());     System.out.println(ClassLoaderTest02.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader());     System.out.println(ClassLoaderTest02.class.getClassLoader().getParent());     System.out.println(ClassLoaderTest02.class.getClassLoader().getParent().getParent());     *//System.out.println(ClassLoaderTest02.class.getClassLoader().getParent().getParent().getParent()); *   } }

3.5 类加载器范围

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从上个案例的执行结果中，我们可以看出appclassloader和extclassloader 都是Launcher的内部类。 Launcher是classloader的包装类启动类

在Launcher源码中

private static String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path");
final String var1 = System.getProperty("java.class.path");
String var0 = System.getProperty("java.ext.dirs");

sun.boot.class.path 是BootstrapClassloader的加载路径

java.class.path 是AppClassloader的加载路径

java.ext.dirs 是ExtClassLoader的加载路径

package com.openlab;    import sun.misc.Launcher;    public class ClassLoaderTest03 {     public static void main(String[] args){      String pathBoot = System.*getProperty*("sun.boot.class.path");    System.*out*.println(pathBoot.replaceAll(";",System.*lineSeparator*()));      System.*out*.println("---------------------------------");    String pathExt = System.*getProperty*("java.ext.dirs");    System.*out*.println(pathExt.replaceAll(";",System.*lineSeparator*()));      System.*out*.println("---------------------------------");    String pathApp = System.*getProperty*("java.class.path");    System.*out*.println(pathApp.replaceAll(";",System.*lineSeparator*()));     } }

3.6 自定义加载器

小demo

package com.openlab;    public class ClassLoaderTest04 {   public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {     Class clazz = ClassLoaderTest04.class.getClassLoader().loadClass("com.openlab.Person");     System.*out*.println(clazz.getName());  *//*    *类加载器也可以用来加载资源  //    ClassLoaderTest04.class.getClassLoader().getResourceAsStream();    *   } }

Tomcat 加载的Servlet

Spring框架中加载ApplicationContext

比如在写一些类库的时候或者修改底层框架时。想加载哪个类就可以加载谁。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)   throws ClassNotFoundException  {``// 加锁   synchronized (getClassLoadingLock(name)) {     *// First, check if the class has already been loaded *     Class<?> c = findLoadedClass(name);     if (c == null) {       long t0 = System.*nanoTime*();       try {``//继续使用parent的classloader 递归调用loadClass方法         if (parent != null) {           c = parent.loadClass(name, false);         } else {           c = findBootstrapClassOrNull(name);         }       } catch (ClassNotFoundException e) {         *// ClassNotFoundException thrown if class not found          // from the non-null parent class loader *       }    ``// 调用findClass方法去找class       if (c == null) {         *// If still not found, then invoke findClass in order          // to find the class. *         long t1 = System.*nanoTime*();         c = findClass(name);           *// this is the defining class loader; record the stats *         sun.misc.PerfCounter.*getParentDelegationTime*().addTime(t1 - t0);         sun.misc.PerfCounter.*getFindClassTime*().addElapsedTimeFrom(t1);         sun.misc.PerfCounter.*getFindClasses*().increment();       }     }     if (resolve) {       resolveClass(c);     }     return c;   } }

\1. 继承ClassLoader

\2. 重写模板方法 findClass

----调用defineClass方法

从目录中读取class文件，将class文件通过自定义加载器进行加载

利用IO流

Java语言是比较容易被反编译

-防止反编译

-防止篡改

可以给class文件进行加密解密

作业：1.自定义加载器的实现视频到群里

2.classfile解析的内容需要整理博客的形式 Xmind的形式

3.预习JVM的基础知识点

package com.openlab;    import java.io.*;    public class MacluClassLoader extends ClassLoader{     @Override   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {       File file = new File(         "c:/test",         name.replaceAll(".","/").concat(".class"));       try {       FileInputStream fis = new FileInputStream(file);       ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();       int b = 0;       while ((b = fis.read())!=0){         baos.write(b);       }        byte[] bytes = baos.toByteArray();         baos.close();       fis.close();         return defineClass(name,bytes,0,bytes.length);       } catch (FileNotFoundException e) {       e.printStackTrace();     } catch (IOException e) {       e.printStackTrace();     }       return super.findClass(name);*// throw ClassNotFoundException *   }     public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {       ClassLoader cl = new MacluClassLoader();     Class clazz = cl.loadClass("com.openlab.Person");       Person person = (Person) clazz.newInstance();     person.m();       System.*out*.println(cl.getClass().getClassLoader());     System.*out*.println(cl.getParent());     }   }

我们可以定义自己格式的classloader，一般情况下class文件就是一个二进制文件流，可以采用一种比较简单的方式对class文件进行加密和解密

加密：通过^ 异或可以定义一个数字在读取每一个字节的后的写入操作时，可以用流里面获取到的数据和这个数字进行异或的算法，那么这种情况就可以进行加密的操作

解密: 字节数字^这个数字这个数字那么就完成了解密的操作。

package com.openlab;    import java.io.*;    public class MacluClassLoaderWithEncription extends ClassLoader{     public static int *seed* = 0B10110110; *//* *进行参加加密算法的数字    *   @Override   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {       File file = new File(         "c:/test",         name.replaceAll(".","/").concat(".class"));       try {       FileInputStream fis = new FileInputStream(file);       ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();       int b = 0;       while ((b = fis.read())!=0){         baos.write(b^*seed*);       }         byte[] bytes = baos.toByteArray();         baos.close();       fis.close();         return defineClass(name,bytes,0,bytes.length);       } catch (FileNotFoundException e) {       e.printStackTrace();     } catch (IOException e) {       e.printStackTrace();     }       return super.findClass(name);*// throw ClassNotFoundException *   }     public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, IOException {       *encFile*("com.openlab.Person");     ClassLoader cl = new MacluClassLoaderWithEncription();       Class clazz = cl.loadClass("com.openlab.Person");       Person person = (Person) clazz.newInstance();     person.m();       System.*out*.println(cl.getClass().getClassLoader());     System.*out*.println(cl.getParent());     }     private static void encFile(String name) throws IOException {     File file = new File(         "c:/test/",         name.replace(".","/").concat(".class"));       FileInputStream fis = new FileInputStream(file);     FileOutputStream fos = new FileOutputStream(         new File("c:/test",name.replaceAll(".","/").concat(".macluclass")));     int b = 0;       while ((b = fis.read())!=-1){       fos.write(b^*seed*);     }     fis.close();     fos.close();   } }

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生成加密好的文件

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验证加密文件打开后是乱码。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-C9vkEySu-1641746615746)(C:/Users/HX/Desktop/xuexi/%E6%94%BE%E5%9B%BE/clip_image016-164174456853551.jpg)]

3.7 编辑器

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解释器： bytecode-interpreter

JIT 即时编辑器 Just In Time compiler

Java语言究竟是一个解释型语言还是编译式的语言

想解释器的可以用解释器，想编译也可以用编译器看需求是怎么写的可以通过JVM的一些参数进行设置。

默认的情况是一种混合模式

混合模式：使用解释器+热点编辑器 hotspot

起始阶段采用解释来执行

热点代码的检测默认值为10000

多次被调用的方法(方法计数器：检测方法的执行频率)

多次被调用的循环(循环的计数器：检测循环的执行频率)

当这样的一个循环或者是一个方法，或者是一段代码，一直都会被多次调用的时候，也就是这段代码执行频率特别高的情况下，那么干脆直接将这段代码编译成本地的代码，在下次直接访问的时候，直接访问本地的代码就可以。就不需要解释器对其进行解释执行。从而达到效率的提升。这种执行代码的方式被称为混合模式。

那么为什么不直接编译成本地代码，编译的执行速度更快？能够提高效率？

现在的解释器的执行效率已经是非常高的了，在一些简单的代码执行上，它并不属于编译器。
如果要执行的程序依赖的类库特别多的情况下，在虚拟机中编译一遍，那么启动的过程会非常的缓慢。

-Xmixed 为混合模式：

开始解释执行，启动速度比较快，对热点代码进行检测和编译。

-Xint 解释模式

启动速度很快，执行较慢

-Xcomp 纯编译模式，

启动较慢，执行较快

测试这三个jvm参数

  public class WayToRunTest01 {     public static void main(String[] args){ 
        *//**这段代码被短时间执行很多次，请JVM虚拟机对其进行优化 *     
      for (int i = 0;i<10_0000;i++)       *m*();    
       long start =System.*currentTimeMillis*(); 
           for (int i = 0;i<10_0000;i++){       *m*();     }       
           long end = System.*currentTimeMillis*();     S
           ystem.*out*.println(end-start);     
           }     
           *//* *该方法本身没有意义，就是耗时间用的。 * 
             public static void m(){ 
                   for (int i = 0;i<10_0000L;i++){      
                    long j = i%3;     }     } }

默认的混合模式

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fOlUxQpS-1641746615748)(C:/Users/HX/Desktop/xuexi/%E6%94%BE%E5%9B%BE/clip_image020-164174456853553.jpg)]

在JVM的执行参数中 -Xint 解释模式

很慢回去洗洗睡吧

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LTdkNqvI-1641746615749)(C:/Users/HX/Desktop/xuexi/%E6%94%BE%E5%9B%BE/clip_image022-164174456853554.jpg)]

纯编译的模式-Xcomp

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Y7Nc4xFC-1641746615749)(C:/Users/HX/Desktop/xuexi/%E6%94%BE%E5%9B%BE/clip_image024-164174456853555.jpg)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dxaQtnKO-1641746615749)(C:/Users/HX/Desktop/xuexi/%E6%94%BE%E5%9B%BE/clip_image026-164174456853556.jpg)]

3.8 懒加载

严格来讲应该叫lazyInitializing

JVM规范中并没有规定什么时候加载

严格的规定了初始化的规则扩展

\1. New对象 getstatic 访问静态变量时 putstatic 访问静态实例时，invokestatic指令

以上指令是必须要初始化这个类访问final变量除外。

\2. 当反射调用的时候

\3. 初始化子类的时候首先父类初始化

\4. 虚拟机启动时被执行的主类必须要初始化

\5. 动态语言支持java.lang.invoke.MethodHandler解析结果为REF-getstatic REF-putstatic REF-invokestatic的方法句柄时该类必须要初始化。

这个案例主要看什么时候打印P和X

package com.openlab;    public class LazyLoadingTest {     public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {  *//    P p;  //    X x = new X();  //    System.out.println(P.i);  //    System.out.println(P.j); *     Class.*forName*("com.openlab.LazyLoadingTest$P");       }     public static class P{     final static int *i*=8;*//* *打印final的值是不需要加载整个类的 *     static int *j* = 9;     static{       System.*out*.println("P");     }   }     public static class X extends P{     static{       System.*out*.println("X");     }   } }

面试题：

如何打破classloader的双亲委派模式？

去重写Classloader中的loadClass方法而不是findClass方法这个时候就能够打破双亲委派的机制。

什么时候需要打破需要去打破双亲委派的机制：

在JDK1.2版本之前要自定义classloader的话必须要重写loadClass方法
在一个线程中设定自己的线程的上下文的加载器对象 ThreadContextClassLoader 可以实现基础调用实现类的代码，通过thread.setContextClassLoader 来设定。
模块化的热部署热启动

像osgi和tomcat 都有自己的模块指定classloader，可以加载同一个类库的不同版本的对象，目前这个方式用的比较多。

Tomcat中 Webapplication 对象是可以存在多个的，有两个Webapplication 被加载，但是他们的版本不同，这种情况下可以打破双亲委派的。

注意：类的名字的是相同的只是说版本不同如果采用双亲委派的机制，那么这两个对象是不可能加载到同一个空间里面因为加载的过程中，发现在同一空间有同名的类，那么他一定不会被加载。

所以tomcat的每一个Webapplication 都有一个classloader

双亲委派模式加载

package com.openlab;    public class ClassReloadingTest {     public static void main(String [] args) throws ClassNotFoundException {       MacluClassLoader classloader = new MacluClassLoader();       Class clazz = classloader.loadClass("com.openlab.Person");       classloader = null;     System.*out*.println(clazz.hashCode());     classloader = null;       classloader = new MacluClassLoader();     Class clazz1 = classloader.loadClass("com.openlab.Person");     System.*out*.println(clazz1.hashCode());       System.*out*.println(clazz == clazz1);       } }

从上案例中可以看出，双亲委派，即便重新创建了classloader对象，那么曾经被加载的对象，再次加载的时候，加载的还是这个对象。

热部署应该如何实现

import java.io.*;
public class T012_ClassReloading2 {
    private static class MyLoader extends ClassLoader {
        @Override     public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            File f = new File("C:/test/" + name.replace(".", "/").concat(".class")); 
            if(!f.exists()) return      super.loadClass(name);      
            try {      
                InputStream is = new FileInputStream(f);   
                 byte[] b = new byte[is.available()];         is.read(b);     
                return defineClass(name, b, 0, b.length);       
            } catch ( FileNotFoundException e) {         e.printStackTrace();       
                                               } catch (IOException e) {    
                e.printStackTrace();      
            }       return super.loadClass(name);    
        }   
    }     
    public static void main(String[] args) throws Exception {   
        MyLoader m = new MyLoader(); 
        Class clazz = m.loadClass("com.openlab.Person");   
        m = new MyLoader(); 
        Class clazzNew = m.loadClass("com.openlab.Person");     
        System.out.println(clazz == clazzNew);   } }