一、Java從編碼到執(zhí)行

首先我們來(lái)看一下Java是如何從編碼到執(zhí)行的呢？ 我們有一個(gè)x.java文件通過(guò)執(zhí)行javac命令可以變成x.class文件，當(dāng)我們調(diào)用Java命令的時(shí)候class文件會(huì)被裝載到內(nèi)存中，這個(gè)過(guò)程叫做classloader。一般情況下我們自己寫代碼的時(shí)候會(huì)用到Java的類庫(kù)，所以在加載的時(shí)候也會(huì)把Java類庫(kù)相關(guān)的類也加載到內(nèi)存中。裝載完成之后會(huì)調(diào)用字節(jié)碼解釋器和JIT即時(shí)編譯器來(lái)進(jìn)行解釋和編譯，編譯完之后由執(zhí)行引擎開始執(zhí)行，執(zhí)行引擎下面對(duì)應(yīng)的就是操作系統(tǒng)硬件了。下圖是大體的流程：

Java叫做跨平臺(tái)的語(yǔ)言，JVM可以稱之為跨語(yǔ)言的平臺(tái)；

有個(gè)問(wèn)題:java是解釋執(zhí)行還是編譯執(zhí)行？答：解釋和編譯是可以混合的，特別常用的代碼或則是代碼用到的次數(shù)特別多的時(shí)候，會(huì)把一個(gè)即時(shí)編譯做成本地編譯，這樣會(huì)很大程度上的提高效率。

Java虛擬機(jī)是如何做到這么多語(yǔ)言都可以在上面運(yùn)行，關(guān)鍵在于class文件，任何語(yǔ)言只要能編譯成class文件，并且符合class文件的規(guī)范你就可以放在Java虛擬機(jī)上去運(yùn)行。

二、詳解class文件的加載過(guò)程

接下來(lái)主要講的是一個(gè)class文件是怎么從硬盤上到內(nèi)存中，并開始執(zhí)行的。

類加載主要有三個(gè)過(guò)程：loading 、linking 、initializing；其中l(wèi)inking又分為三個(gè)步驟：verification 、preparation 、resolution；

1、首先Loading是什么意思呢？是把一個(gè)class問(wèn)價(jià)load到內(nèi)存中去；

2、接下來(lái)是Linking分為了三小步：

verification 是用來(lái)校驗(yàn)加載進(jìn)來(lái)的class文件是否符合class文件標(biāo)準(zhǔn)，如果不符合直接就會(huì)被拒絕了； preparation 是將class文件靜態(tài)變量賦默認(rèn)值而不是初始值，例如static int i =8；這個(gè)步驟并不是將i賦值為8，而是賦值為默認(rèn)值0； resolution 是把class文件常量池中用到的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換成直接內(nèi)存地址，可以訪問(wèn)到的內(nèi)容；

3、initializing 成為初始化，靜態(tài)變量在這個(gè)時(shí)候才會(huì)被賦值為初始值；

下面為類加載過(guò)程的簡(jiǎn)化圖：

類加載器的加載過(guò)程是分成不同的層次來(lái)加載的，不同的類加載器來(lái)加載不同的class文件， Bootstrap >Extension>Application>Custom(自定義類加載器)

1、第一個(gè)類加載器的層次為：Bootstrap 稱為啟動(dòng)類加載器，是Java類加載層次中最頂層的類加載器，負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類庫(kù)。

2、第二個(gè)類加載器的層次為：Extension 是用來(lái)加載擴(kuò)展類的，主要負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類庫(kù),默認(rèn)加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目錄下的所有jar包。

3、第三個(gè)類加載器的層次為：Application又稱為系統(tǒng)類加載器,負(fù)責(zé)在JVM啟動(dòng)時(shí),加載來(lái)自在命令java中的classpath或者java.class.path系統(tǒng)屬性或者CLASSPATH操作系統(tǒng)屬性所指定的JAR類包和類路徑。

4、第三個(gè)類加載器的層次為：CustomClassLoader(自定義加載器)

package com.example.demo.classloader;public class ClassLoaderScope { public static void main(String[] args) { System.out.println('-------------------Bootstrap加載類-------------------'); String property = System.getProperty('sun.boot.class.path'); String s = property.replaceAll(';', System.lineSeparator()); System.out.println(s); System.out.println('-------------------Ext加載類-------------------'); String property1 = System.getProperty('java.ext.dirs'); String s1 = property1.replaceAll(';', System.lineSeparator()); System.out.println(s1); System.out.println('-------------------App加載類-------------------'); String property2 = System.getProperty('java.class.path'); String s2 = property2.replaceAll(';', System.lineSeparator()); System.out.println(s2); }} /**輸出結(jié)果只截取了部分*/ //E:JDKjdk1.8jrelibresources.jar //E:JDKjdk1.8jrelibrt.jar //E:JDKjdk1.8jrelibsunrsasign.jar //E:JDKjdk1.8jrelibjsse.jar //E:JDKjdk1.8jrelibjce.jar //E:JDKjdk1.8jrelibcharsets.jar //E:JDKjdk1.8jrelibjfr.jar //E:JDKjdk1.8jreclasses //---------------------------------------------- //E:JDKjdk1.8jrelibext //C:WindowsSunJavalibext //---------------------------------------------- //E:JDKjdk1.8jrelibcharsets.jar //E:JDKjdk1.8jrelibdeploy.jar //E:JDKjdk1.8jrelibextaccess-bridge-64.jar //E:JDKjdk1.8jrelibextcldrdata.jar //E:JDKjdk1.8jrelibextdnsns.jar //E:JDKjdk1.8jrelibextjaccess.jar //E:JDKjdk1.8jrelibextjfxrt.jar

特別注意一點(diǎn)這個(gè)的層級(jí)關(guān)系并沒有繼承的關(guān)系在里面，只是單單純純的語(yǔ)法上的繼承；

下圖為類加載的一個(gè)全過(guò)程：

用比較通俗的話來(lái)解釋這個(gè)過(guò)程，當(dāng)有一個(gè)類需要被加載時(shí)，首先要判斷這個(gè)類是否已經(jīng)被加載到內(nèi)存，判斷加載與否的過(guò)程是有順序的，如果有自己定義的類加載器，會(huì)先到custom class loader 的cache（緩存）中去找是否已經(jīng)加載，若已加載直接返回結(jié)果，否則到App的cache中查找，如果已經(jīng)存在直接返回，如果不存在，到Extension中查找，存在直接返回，不存在繼續(xù)向父加載器中尋找直到Bootstrap頂層，如果依然沒找到，那就是沒有加載器加載過(guò)這個(gè)類，需要委派對(duì)應(yīng)的加載器來(lái)加載，先看看這個(gè)類是否在自己的加載范圍內(nèi)，如果是直接加載返回結(jié)果，若不是繼續(xù)向下委派，以此類推直到最下級(jí)，如果最終也沒能加載，就會(huì)直接拋異常ClassNotFoundException，這就是雙親委派模式。

理解雙親委派模式：

1、父加載器：不是類加載器的加載器，也不是類加載器的父類加載器（此處意思是沒有父類與子類之間的繼承關(guān)系）。

package com.example.demo.classloader;/** * 驗(yàn)證了父加載器不是加載器的加載器 */public class ParentAndChild { public static void main(String[] args) { //AppClassLoader ClassLoader classLoader = ParentAndChild.class.getClassLoader(); System.out.println(classLoader); //null 這里AppClassLoader的加載器不是ExtClassLoader 而是Bootstrap ClassLoader appclassLoader = ParentAndChild.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader(); System.out.println(appclassLoader); //ExtClassLoader AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader ClassLoader parent = ParentAndChild.class.getClassLoader().getParent(); System.out.println(parent); //null ClassLoader parentparent = ParentAndChild.class.getClassLoader().getParent().getParent(); System.out.println(parentparent); //null ClassLoader parentparentparent = ParentAndChild.class.getClassLoader().getParent().getParent().getParent(); System.out.println(parentparent); /**輸出結(jié)果*/ //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 //null //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@23fc625e //null //Exception in thread 'main' java.lang.NullPointerException at com.example.demo.classloader.ParentAndChild.main(ParentAndChild.java:22) }}

2、雙親委派：其工作原理的是，如果一個(gè)類加載器收到了類加載請(qǐng)求，并不會(huì)直接去加載，而是自下而上的向頂層類加載器查找是否已經(jīng)被加載了，如果被加載就不用進(jìn)行加載，如果未被加載過(guò)，則會(huì)自上而下的檢查是否屬于自己加載的范圍，如果屬于則加載，如果不屬于則向下委托，直到類被加載進(jìn)來(lái)才能叫做成功，如果加載不成功就會(huì)拋異常classnotfoundexeption,這就叫做雙親委派。

3、為什么要搞雙親委派模式？

主要是為了安全，這里可以使用反證法，如果任何類加載器都可以把class加載到內(nèi)存中，我們就可以自定義類加載器來(lái)加載Java.lang.string。在打包時(shí)可以把密碼存儲(chǔ)為String對(duì)象，偷偷摸摸的把密碼發(fā)送到自己的郵箱，這樣會(huì)造成安全問(wèn)題。

三、自定義類加載器

package com.example.demo.classloader;public class ClassLoaderByHand { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { Class<?> clazz = ClassLoaderByHand.class.getClassLoader().loadClass('com.example.demo.threaddemo.juc_002.Account'); String name = clazz.getName(); System.out.println(name); }} /** * 輸出結(jié)果 */ //com.example.demo.threaddemo.juc_002.Account

代碼運(yùn)行結(jié)果可以看出，就是你要加載一個(gè)類你只要調(diào)用classLoader中的loadClass()方法就能把這個(gè)類加載到內(nèi)存中，加載完成之后會(huì)給你返回一個(gè)Class類的對(duì)象。

在硬盤上找到這個(gè)類的源碼，把它load到內(nèi)存，與此同時(shí)生成一個(gè)Class對(duì)象，上述的小程序是通過(guò)ClassLoaderByHand 找到他的加載器AppClassLoader 然后調(diào)用它的loadClass()方法，讓它幫我們把Account類加載進(jìn)來(lái)，返回一個(gè)clazz對(duì)象，使用clazz.getName()方法正常返回Account類。

什么時(shí)候我們需要自己定義去加載一個(gè)類？

熱部署時(shí)就是先把之前加載的類給干掉 ，然后使用的自定義類加載器來(lái)進(jìn)行重新加載

spring的動(dòng)態(tài)代理，一個(gè)新的class 當(dāng)需要的時(shí)候就會(huì)把它load到內(nèi)存中

我們還是來(lái)看一下源碼吧，加載過(guò)程最主要的還是ClassLoader中的loaderClass()方法：

結(jié)合上面給的類加載過(guò)程的圖解一起看會(huì)更容易一些；

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { /** * 在加載之前先調(diào)用findLoadedClass()方法查看是否已經(jīng)加載過(guò)此類 * 若加載過(guò) 返回該對(duì)象 * 如果未加載則返回null 進(jìn)行下一步 */ // First, check if the class has already been loaded Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try { //判斷有無(wú)父加載器 如果不為空說(shuō)明還未到頂層Bootstrap遞歸調(diào)用loadClass() if (parent != null) { c = parent.loadClass(name, false); } else { //如果沒有父加載器說(shuō)明調(diào)用的加載器為Bootstrap Class Loader, 在此加載器內(nèi)存中查找是否已經(jīng)加載 c = findBootstrapClassOrNull(name); }} catch (ClassNotFoundException e) { // ClassNotFoundException thrown if class not found // from the non-null parent class loader}//若以上的操作都沒成功加載此類if (c == null) { // If still not found, then invoke findClass in order // to find the class. long t1 = System.nanoTime(); //調(diào)用自己的findClass() 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; } }

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