请介绍类加载过程,什么是双亲委派模型?
Java通过引入字节码和JVM机制,提供了强大的跨平台能力,理解Java的类加载机制是深入Java开发的必要条件,也是个面试考察热点
今天我要问你的问题是,请介绍类加载过程,什么是双亲委派模型?
典型回答
- 一般来说,我们把Java的类加载过程分为三个主要步骤:加载、链接、初始化,具体行为在Java虚拟机规范里有非常详细的定义
- 首先是加载阶段(Loading),它是Java将字节码数据从不同的数据源读取到JVM中,并映射为JVM认可的数据结构(Class对象),这里的数据源可能是各种各样的形态,如jar文件、class文件,甚至是网络数据源等;如果输入数据不是ClassFile的结构,则会抛出ClassFormatError
- 加载阶段是用户参与的阶段,我们可以自定义类加载器,去实现自己的类加载过程
- 第二阶段是链接(Linking),这是核心的步骤,简单说是把原始的类定义信息平滑地转化入JVM运行的过程中。这里可进一步细分为三个步骤:
- 验证(Verifcation),这是虚拟机安全的重要保障,JVM需要核验字节信息是符合Java虚拟机规范的,否则就被认为是VerifyError,这样就防止了恶意信息或者不合规的信息危害JVM的运行,验证阶段有可能触发更多class的加载
- 准备(Preparation),创建类或接口中的静态变量,并初始化静态变量的初始值。但这里的“初始化”和下面的显式初始化阶段是有区别的,侧重点在于分配所需要的内存空间,不会去执行更进一步的JVM指令
- 解析(Resolution),在这一步会将常量池中的符号引用(symbolic reference)替换为直接引用。在Java虚拟机规范中,详细介绍了类、接口、方法和字段等各个方面的解析
- 最后是初始化阶段(initialization),这一步真正去执行类初始化的代码逻辑,包括静态字段赋值的动作,以及执行类定义中的静态初始化块内的逻辑,编译器在编译阶段就会把这 部分逻辑整理好,父类型的初始化逻辑优先于当前类型的逻辑
- 再来谈谈双亲委派模型,简单说就是当类加载器(Class-Loader)试图加载某个类型的时候,除非父加载器找不到相应类型,否则尽量将这个任务代理给当前加载器的父加载器去做。使用委派模型的目的是避免重复加载Java类型
考点分析
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今天的问题是关于JVM类加载方面的基础问题,我前面给出的回答参考了Java虚拟机规范中的主要条款。如果你在面试中回答这个问题,在这个基础上还可以举例说明
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我们来看一个经典的延伸问题,准备阶段谈到静态变量,那么对于常量和不同静态变量有什么区别?
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需要明确的是,没有人能够精确的理解和记忆所有信息,如果碰到这种问题,有直接答案当然最好;没有的话,就说说自己的思路
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我们定义下面这样的类型,分别提供了普通静态变量、静态常量,常量又考虑到原始类型和引用类型可能有区别
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public class CLPreparation { public satic int a = 100; public satic fnal int INT_CONSTANT = 1000; public satic fnal Integer INTEGER_CONSTANT = Integer.valueOf(10000); }
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编译并反编译一下
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Javac CLPreparation.java Javap –v CLPreparation.class
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可以在字节码中看到这样的额外初始化逻辑:
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0: bipush 100 2: putsatic #2 // Field a:I 5: sipush 10000 8: invokesatic #3 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; 11: putsatic #4 // Field INTEGER_CONSTANT:Ljava/lang/Integer;
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这能让我们更清楚,普通原始类型静态变量和引用类型(即使是常量),是需要额外调用putstatic等JVM指令的,这些是在显式初始化阶段执行,而不是准备阶段调用;而原始类型常量,则不需要这样的步骤
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关于类加载过程的更多细节,有非常多的优秀资料进行介绍,你可以参考大名鼎鼎的《深入理解Java虚拟机》,一本非常好的入门书籍。我的建议是不要仅看教程,最好能够想出代码实例去验证自己对某个方面的理解和判断,这样不仅能加深理解,还能够在未来的应用开发中使用到
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其实,类加载机制的范围实在太大,我从开发和部署的不同角度,各选取了一个典型扩展问题供你参考:
- 如果要真正理解双亲委派模型,需要理解Java中类加载器的架构和职责,至少要懂具体有哪些内建的类加载器,这些是我上面的回答里没有提到的;以及如何自定义类加载器?
- 从应用角度,解决某些类加载问题,例如我的Java程序启动较慢,有没有办法尽量减小Java类加载的开销?
- 另外,需要注意的是,在Java 9中,Jigsaw项目为Java提供了原生的模块化支持,内建的类加载器结构和机制发生了明显变化。我会对此进行讲解,希望能够避免一些未来升级中可能发生的问题