JVM是如何加载类的?

在刚接触java时,我们都知道通过javac命令将java源码文件编译成.class字节码文件,这是由编译器来完成的,包括泛型擦除属于编译时期的语法糖。

.class字节码文件是跨平台的,也就是不管什么平台的JVM,都可以加载执行。

类的加载

Java类的加载是动态的,它并不会一次性将所有类全部加载后再运行,而是保证程序运行的基础类(像是基类)完全加载到jvm中,至于其他类,则在需要的时候才加载。这当然就是为了节省内存开销。
虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”(class文件加载到JVM中):

  • 创建类的实例(new 的方式)。访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值,调用类的静态方法
  • 反射的方式
  • 初始化某个类的子类,则其父类也会被初始化
  • Java虚拟机启动时被标明为启动类的类,直接使用java.exe命令来运行某个主类(包含main方法的那个类)
  • 当使用JDK1.7的动态语言支持时(…)

如何将类加载进JVM

class文件是通过类的加载器装载到jvm中的!
Java默认有三种类加载器:
JVM是如何加载类的?
各个加载器的工作责任:

  • 1)启动类加载器Bootstrap ClassLoader:负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class。由C++实现,不是ClassLoader子类
  • 2)扩展类加载器Extension ClassLoader:负责加载java平台中扩展功能的一些jar包,包括$JAVA_HOME中jre/lib/ext/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包
  • 3)应用类加载器App ClassLoader:负责记载classpath中指定的jar包及目录中class

工作过程:

  • 1、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。
  • 2、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。
  • 3、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;
  • 4、若ExtClassLoader也加载失败,则会使用AppClassLoader来加载
  • 5、如果AppClassLoader也加载失败,则会报出异常ClassNotFoundException

其实这就是所谓的双亲委派模型。简单来说:如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把请求委托给父加载器去完成,依次向上。

好处:
防止内存中出现多份同样的字节码(安全性角度)

特别说明:
类加载器在成功加载某个类之后,会把得到的 java.lang.Class类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候,类加载器会直接使用缓存的类的实例,而不会尝试再次加载。

自定义类加载器可以实现资源jar隔离,代码保护、热加载等,具体查看自定义类加载器的实际应用场景
类加载器详解

类加载的详细过程

加载器加载到jvm中,接下来其实又分了好几个步骤:

加载,查找并加载类的二进制数据,在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象。
连接,连接又包含三块内容:验证、准备、初始化。
1)验证,文件格式、元数据、字节码、符号引用验证;
2)准备,为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值;
3)解析,把类中的符号引用转换为直接引用
初始化,为类的静态变量赋予正确的初始值。
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JIT即时编译

不同于 C / C++ 语言直接被翻译成机器指令,javac把java的源文件翻译成了class文件,而class文件中全都是字节码文件,字节码文件是经过编译器预处理过的一种文件,它本身是二进制文件,但是不可以被系统直接执行,需要虚拟机解释执行。那么JVM在加载了这些class文件以后,针对这些字节码,逐条取出,逐条执行,这种方法就是解释执行。很显然经过解释执行,其执行速度必然会比可执行的二进制字节码程序慢很多。为了提高执行速度,引入了 JIT 技术。

JIT 技术就是把这些Java字节码重新编译优化,生成机器码,让CPU直接执行。这样编出来的代码效率会更高。在运行时 JIT 会把翻译过的机器码保存起来,以备下次使用。
这种在运行时按需编译的方式就是Just In Time。

通常,我们不必把所有的Java方法都编译成机器码,只需要把调用最频繁,占据CPU时间最长的方法找出来将其编译成机器码。这种调用最频繁的Java方法就是我们常说的热点方法。热点代码如多次调用的方法、多次执行的循环体。
使用热点探测来检测是否为热点代码,热点探测有两种方式:采样、计数器。目前HotSpot使用的是计数器的方式,当计数器超过阈值溢出了,就会触发JIT编译。

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在类加载检查通过后,接下来虚拟机将为新生对象分配内存。

JVM之JIT原理
IBM讲JIT