阅读 2877

Java虚拟机如何加载类,它又是如何实现一次编写、到处执行?

人生一切难题,知识给你答案

温馨提示:阅读本文需要3-4分钟(无代码)


今天,我们来解决一个问题:

Java虚拟机如何加载类,它又是如何实现一次编写、到处执行?

人生一切难题,知识给你答案。


Java虚拟机,即Java Virtual Machine,简称JVM。Oracle的HotSpot JVM实现,是目前OpenJDK使用的主流JVM,它采用解释与编译混合执行的模式,其JIT技术采用分层编译,极大地提升了Java的执行速度。

==字节码==

Java的特点就是一次编写、到处执行,在不同操作系统、不同硬件平台上都可以不用修改代码直接地进行执行。

Java类被编译成一个或多个.class文件,并打包成jar文件,而后JVM会通过相应的.class文件和jar文件获取相应的字节码。在代码执行过程中,JVM将字节码解释执行,屏蔽对底层操作系统的依赖。

字节码通过类加载过程加载到JVM环境后才可以执行,执行方式总共有三种:

  • 解释执行:不经过JIT直接由解释器解释执行所有字节码,执行效率不高
  • JIT编译执行:不加筛选的将全部代码编译成机器码(不论其执行频率是否有编译价值)。
  • JIT编译与解释混合执行:随着时间推进,JVM通过热点代码统计分析,识别高频的方法调用、循环体、公共模块等,基于强大的JIT动态编译技术,将热点代码转换成机器码,直接交个CPU执行。

==类加载过程==

类加载器查找Class所采用的是双亲委托模式,所谓双亲委托模式就是首先判断该Class是否已经加载,如果没有则不是自身去查找而是委托给父类加载器进行查找,这样依次进行递归,直到委托到最顶层的Bootstrap ClassLoader,如果Bootstrap ClassLoader 找到了该Class,就会直接返回,如果没有找到,则继续依次向下查找,如果还没有找到则最后会交由自身去查找。

采用双亲委托模式的优点:

  • 避免重复加载,如果已经加载过一次Class,就不需要再次加载,而是直接读取已经加载的Class。
  • 更加安全。

类从被加载到虚拟机内存中开始,所经历的生命周期包括:加载、连接(验证、准备、解析)、初始化、使用和卸载7个阶段。

1、加载

在加载阶段,虚拟机需要完成以下三件事:

  • 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
  • 将这个字节流所代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构。
  • 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

2、验证

验证是连接阶段的第一步,用于确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全。

验证阶段会完成下面4个阶段的检验动作:

  • 文件格式验证:验证字节流是否符合Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。
  • 元数据验证:对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。
  • 字节码验证:主要目的是通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。对类的方法体进行校验分析,保证被校验的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件。
  • 符号引用验证:符号引用验证发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用的时候,可以看做对类自身以外(常量池中的各种符合引用)的信息进行匹配校验。

3、准备

转变阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

4、解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换成直接引用的过程。

符号引用:以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何形式的字面量。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关,引用的目标并不一定已经加载到内存中。
直接引用:是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用和虚拟机实现的内存布局相关。

5、初始化

类初始化阶段是类加载过程的最后一步,是执行类构造器()方法的过程。


838794-506ddad529df4cd4.webp.jpg

关注下面的标签,发现更多相似文章
评论