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JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。 展开全文
JVM是Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写,JVM是一种用于计算设备的规范,它是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。引入Java语言虚拟机后,Java语言在不同平台上运行时不需要重新编译。Java语言使用Java虚拟机屏蔽了与具体平台相关的信息,使得Java语言编译程序只需生成在Java虚拟机上运行的目标代码(字节码),就可以在多种平台上不加修改地运行。
信息
软件语言
Java
简    称
JVM
应用学科
计算机软件
中文名
Java虚拟机
外文名
Java Virtual Machine
JVM概述
Java虚拟机有自己完善的硬件架构,如处理器、堆栈等,还具有相应的指令系统。Java虚拟机本质上就是一个程序,当它在命令行上启动的时候,就开始执行保存在某字节码文件中的指令。Java语言的可移植性正是建立在Java虚拟机的基础上。任何平台只要装有针对于该平台的Java虚拟机,字节码文件(.class)就可以在该平台上运行。这就是“一次编译,多次运行”。Java虚拟机不仅是一种跨平台的软件,而且是一种新的网络计算平台。该平台包括许多相关的技术,如符合开放接口标准的各种API、优化技术等。Java技术使同一种应用可以运行在不同的平台上。Java平台可分为两部分,即Java虚拟机(Java virtual machine,JVM)和Java API类库。 [1] 
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  • JVM

    千次阅读 2018-08-06 19:47:22
    JVM JDK1.8 JVM内存模型 JVM(1):Java 类的加载机制 JVM(2):JVM内存结构 JVM(3):Java GC算法 垃圾收集器 JVM(4):Jvm调优-命令篇 JVM(5):tomcat性能调优和性能监控(visualvm) JVM(6):JVM调优-...
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  • 常见JVM面试题及答案整理

    万次阅读 多人点赞 2019-08-26 11:35:04
    总结了JVM一些经典面试题,分享出我自己的解题思路,希望对大家有帮助,有哪里你觉得不正确的话,欢迎指出,后续有空会更新。 1.什么情况下会发生栈内存溢出。 思路: 描述栈定义,再描述为什么会溢出,再说明一下...

    前言

    总结了JVM一些经典面试题,分享出我自己的解题思路,希望对大家有帮助,有哪里你觉得不正确的话,欢迎指出,后续有空会更新。

    1.什么情况下会发生栈内存溢出。

    思路: 描述栈定义,再描述为什么会溢出,再说明一下相关配置参数,OK的话可以给面试官手写是一个栈溢出的demo。

    我的答案:

    • 栈是线程私有的,他的生命周期与线程相同,每个方法在执行的时候都会创建一个栈帧,用来存储局部变量表,操作数栈,动态链接,方法出口等信息。局部变量表又包含基本数据类型,对象引用类型
    • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度,将抛出StackOverflowError异常,方法递归调用产生这种结果。
    • 如果Java虚拟机栈可以动态扩展,并且扩展的动作已经尝试过,但是无法申请到足够的内存去完成扩展,或者在新建立线程的时候没有足够的内存去创建对应的虚拟机栈,那么Java虚拟机将抛出一个OutOfMemory 异常。(线程启动过多)
    • 参数 -Xss 去调整JVM栈的大小

    2.详解JVM内存模型

    思路: 给面试官画一下JVM内存模型图,并描述每个模块的定义,作用,以及可能会存在的问题,如栈溢出等。

    我的答案:

    • JVM内存结构

     

    程序计数器:当前线程所执行的字节码的行号指示器,用于记录正在执行的虚拟机字节指令地址,线程私有。

    Java虚拟栈:存放基本数据类型、对象的引用、方法出口等,线程私有。

    Native方法栈:和虚拟栈相似,只不过它服务于Native方法,线程私有。

    Java堆:java内存最大的一块,所有对象实例、数组都存放在java堆,GC回收的地方,线程共享。

    方法区:存放已被加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码数据等。(即永久带),回收目标主要是常量池的回收和类型的卸载,各线程共享

    3.JVM内存为什么要分成新生代,老年代,持久代。新生代中为什么要分为Eden和Survivor。

    思路: 先讲一下JAVA堆,新生代的划分,再谈谈它们之间的转化,相互之间一些参数的配置(如: –XX:NewRatio,–XX:SurvivorRatio等),再解释为什么要这样划分,最好加一点自己的理解。

    我的答案:

    1)共享内存区划分

    • 共享内存区 = 持久带 + 堆
    • 持久带 = 方法区 + 其他
    • Java堆 = 老年代 + 新生代
    • 新生代 = Eden + S0 + S1

    2)一些参数的配置

    • 默认的,新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ,可以通过参数 –XX:NewRatio 配置。
    • 默认的,Edem : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定)
    • Survivor区中的对象被复制次数为15(对应虚拟机参数 -XX:+MaxTenuringThreshold)

    3)为什么要分为Eden和Survivor?为什么要设置两个Survivor区?

    • 如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC,存活的对象就会被送到老年代。老年代很快被填满,触发Major GC.老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多,所以需要分为Eden和Survivor。
    • Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。
    • 设置两个Survivor区最大的好处就是解决了碎片化,刚刚新建的对象在Eden中,经历一次Minor GC,Eden中的存活对象就会被移动到第一块survivor space S0,Eden被清空;等Eden区再满了,就再触发一次Minor GC,Eden和S0中的存活对象又会被复制送入第二块survivor space S1(这个过程非常重要,因为这种复制算法保证了S1中来自S0和Eden两部分的存活对象占用连续的内存空间,避免了碎片化的发生)

    4.JVM中一次完整的GC流程是怎样的,对象如何晋升到老年代

    思路: 先描述一下Java堆内存划分,再解释Minor GC,Major GC,full GC,描述它们之间转化流程。

    我的答案:

    • Java堆 = 老年代 + 新生代
    • 新生代 = Eden + S0 + S1
    • 当 Eden 区的空间满了, Java虚拟机会触发一次 Minor GC,以收集新生代的垃圾,存活下来的对象,则会转移到 Survivor区。
    • 大对象(需要大量连续内存空间的Java对象,如那种很长的字符串)直接进入老年态
    • 如果对象在Eden出生,并经过第一次Minor GC后仍然存活,并且被Survivor容纳的话,年龄设为1,每熬过一次Minor GC,年龄+1,若年龄超过一定限制(15),则被晋升到老年态。即长期存活的对象进入老年态
    • 老年代满了而无法容纳更多的对象,Minor GC 之后通常就会进行Full GC,Full GC 清理整个内存堆 – 包括年轻代和年老代
    • Major GC 发生在老年代的GC清理老年区,经常会伴随至少一次Minor GC,比Minor GC慢10倍以上

    5.你知道哪几种垃圾收集器,各自的优缺点,重点讲下cms和G1,包括原理,流程,优缺点。

    思路: 一定要记住典型的垃圾收集器,尤其cms和G1,它们的原理与区别,涉及的垃圾回收算法。

    我的答案:

    1)几种垃圾收集器:

    • Serial收集器: 单线程的收集器,收集垃圾时,必须stop the world,使用复制算法。
    • ParNew收集器: Serial收集器的多线程版本,也需要stop the world,复制算法。
    • Parallel Scavenge收集器: 新生代收集器,复制算法的收集器,并发的多线程收集器,目标是达到一个可控的吞吐量。如果虚拟机总共运行100分钟,其中垃圾花掉1分钟,吞吐量就是99%。
    • Serial Old收集器: 是Serial收集器的老年代版本,单线程收集器,使用标记整理算法。
    • Parallel Old收集器: 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本,使用多线程,标记-整理算法。
    • CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器: 是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器,标记清除算法,运作过程:初始标记,并发标记,重新标记,并发清除,收集结束会产生大量空间碎片。
    • G1收集器: 标记整理算法实现,运作流程主要包括以下:初始标记,并发标记,最终标记,筛选标记。不会产生空间碎片,可以精确地控制停顿。

    2)CMS收集器和G1收集器的区别:

    • CMS收集器是老年代的收集器,可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用;
    • G1收集器收集范围是老年代和新生代,不需要结合其他收集器使用;
    • CMS收集器以最小的停顿时间为目标的收集器;
    • G1收集器可预测垃圾回收的停顿时间
    • CMS收集器是使用“标记-清除”算法进行的垃圾回收,容易产生内存碎片
    • G1收集器使用的是“标记-整理”算法,进行了空间整合,降低了内存空间碎片。

    6.JVM内存模型的相关知识了解多少,比如重排序,内存屏障,happen-before,主内存,工作内存。

    思路: 先画出Java内存模型图,结合例子volatile ,说明什么是重排序,内存屏障,最好能给面试官写以下demo说明。

    我的答案:

    1)Java内存模型图:

     

    Java内存模型规定了所有的变量都存储在主内存中,每条线程还有自己的工作内存,线程的工作内存中保存了该线程中是用到的变量的主内存副本拷贝,线程对变量的所有操作都必须在工作内存中进行,而不能直接读写主内存。不同的线程之间也无法直接访问对方工作内存中的变量,线程间变量的传递均需要自己的工作内存和主存之间进行数据同步进行。

    2)指令重排序。

    在这里,先看一段代码

    public class PossibleReordering {
    static int x = 0, y = 0;
    static int a = 0, b = 0;
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread one = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                a = 1;
                x = b;
            }
        });
    
        Thread other = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                b = 1;
                y = a;
            }
        });
        one.start();other.start();
        one.join();other.join();
        System.out.println(“(” + x + “,” + y + “)”);
    }

    运行结果可能为(1,0)、(0,1)或(1,1),也可能是(0,0)。因为,在实际运行时,代码指令可能并不是严格按照代码语句顺序执行的。大多数现代微处理器都会采用将指令乱序执行(out-of-order execution,简称OoOE或OOE)的方法,在条件允许的情况下,直接运行当前有能力立即执行的后续指令,避开获取下一条指令所需数据时造成的等待3。通过乱序执行的技术,处理器可以大大提高执行效率。而这就是指令重排

    3)内存屏障

    内存屏障,也叫内存栅栏,是一种CPU指令,用于控制特定条件下的重排序和内存可见性问题。

    • LoadLoad屏障:对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2,在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。
    • StoreStore屏障:对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2,在Store2及后续写入操作执行前,保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
    • LoadStore屏障:对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2,在Store2及后续写入操作被刷出前,保证Load1要读取的数据被读取完毕。
    • StoreLoad屏障:对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2,在Load2及后续所有读取操作执行前,保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。 在大多数处理器的实现中,这个屏障是个万能屏障,兼具其它三种内存屏障的功能。

    4)happen-before原则

    • 单线程happen-before原则:在同一个线程中,书写在前面的操作happen-before后面的操作。 锁的happen-before原则:同一个锁的unlock操作happen-before此锁的lock操作。
    • volatile的happen-before原则:对一个volatile变量的写操作happen-before对此变量的任意操作(当然也包括写操作了)。
    • happen-before的传递性原则:如果A操作 happen-before B操作,B操作happen-before C操作,那么A操作happen-before C操作。
    • 线程启动的happen-before原则:同一个线程的start方法happen-before此线程的其它方法。
    • 线程中断的happen-before原则 :对线程interrupt方法的调用happen-before被中断线程的检测到中断发送的代码。
    • 线程终结的happen-before原则: 线程中的所有操作都happen-before线程的终止检测。
    • 对象创建的happen-before原则: 一个对象的初始化完成先于他的finalize方法调用。

    7.简单说说你了解的类加载器,可以打破双亲委派么,怎么打破。

    思路: 先说明一下什么是类加载器,可以给面试官画个图,再说一下类加载器存在的意义,说一下双亲委派模型,最后阐述怎么打破双亲委派模型。

    我的答案:

    1) 什么是类加载器?

    类加载器 就是根据指定全限定名称将class文件加载到JVM内存,转为Class对象。

    • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):由C++语言实现(针对HotSpot),负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录或-Xbootclasspath参数指定的路径中的类库加载到内存中。
    • 其他类加载器:由Java语言实现,继承自抽象类ClassLoader。如:
    • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录或java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库。
    • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)。负责加载用户类路径(classpath)上的指定类库,我们可以直接使用这个类加载器。一般情况,如果我们没有自定义类加载器默认就是用这个加载器。

    2)双亲委派模型

    双亲委派模型工作过程是:

    如果一个类加载器收到类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器完成。每个类加载器都是如此,只有当父加载器在自己的搜索范围内找不到指定的类时(即ClassNotFoundException),子加载器才会尝试自己去加载。

    双亲委派模型图:

     

    3)为什么需要双亲委派模型?

    在这里,先想一下,如果没有双亲委派,那么用户是不是可以自己定义一个java.lang.Object的同名类java.lang.String的同名类,并把它放到ClassPath中,那么类之间的比较结果及类的唯一性将无法保证,因此,为什么需要双亲委派模型?防止内存中出现多份同样的字节码

    4)怎么打破双亲委派模型?

    打破双亲委派机制则不仅要继承ClassLoader类,还要重写loadClass和findClass方法。

    8.说说你知道的几种主要的JVM参数

    思路: 可以说一下堆栈配置相关的,垃圾收集器相关的,还有一下辅助信息相关的。

    我的答案:

    1)堆栈配置相关

    java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k 
    -XX:MaxPermSize=16m -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxTenuringThreshold=0

    -Xmx3550m: 最大堆大小为3550m。

    -Xms3550m: 设置初始堆大小为3550m。

    -Xmn2g: 设置年轻代大小为2g。

    -Xss128k: 每个线程的堆栈大小为128k。

    -XX:MaxPermSize: 设置持久代大小为16m

    -XX:NewRatio=4: 设置年轻代(包括Eden和两个Survivor区)与年老代的比值(除去持久代)。

    -XX:SurvivorRatio=4: 设置年轻代中Eden区与Survivor区的大小比值。设置为4,则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:4,一个Survivor区占整个年轻代的1/6

    -XX:MaxTenuringThreshold=0: 设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话,则年轻代对象不经过Survivor区,直接进入年老代。

    2)垃圾收集器相关

    -XX:+UseParallelGC
    -XX:ParallelGCThreads=20
    -XX:+UseConcMarkSweepGC 
    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5
    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:

    -XX:+UseParallelGC: 选择垃圾收集器为并行收集器。

    -XX:ParallelGCThreads=20: 配置并行收集器的线程数

    -XX:+UseConcMarkSweepGC: 设置年老代为并发收集。

    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction:由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理,所以运行一段时间以后会产生“碎片”,使得运行效率降低。此值设置运行多少次GC以后对内存空间进行压缩、整理。

    -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection: 打开对年老代的压缩。可能会影响性能,但是可以消除碎片

    3)辅助信息相关

    -XX:+PrintGC
    -XX:+PrintGCDetails

    -XX:+PrintGC 输出形式:

    [GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] [Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

    -XX:+PrintGCDetails 输出形式:

    [GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] [GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs

    9.怎么打出线程栈信息。

    思路: 可以说一下jps,top ,jstack这几个命令,再配合一次排查线上问题进行解答。

    我的答案:

    • 输入jps,获得进程号。
    • top -Hp pid 获取本进程中所有线程的CPU耗时性能
    • jstack pid命令查看当前java进程的堆栈状态
    • 或者 jstack -l > /tmp/output.txt 把堆栈信息打到一个txt文件。
    • 可以使用fastthread 堆栈定位,fastthread.io/

    10.强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别?

    思路: 先说一下四种引用的定义,可以结合代码讲一下,也可以扩展谈到ThreadLocalMap里弱引用用处。

    我的答案:

    1)强引用

    我们平时new了一个对象就是强引用,例如 Object obj = new Object();即使在内存不足的情况下,JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象。

    2)软引用

    如果一个对象只具有软引用,则内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它;如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。

    SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 软引用

    用处: 软引用在实际中有重要的应用,例如浏览器的后退按钮。按后退时,这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢?这就要看具体的实现策略了。

    (1)如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收,则按后退查看前面浏览过的页面时,需要重新构建

    (2)如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费,甚至会造成内存溢出

    如下代码:

    Browser prev = new Browser();               // 获取页面进行浏览
    SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 浏览完毕后置为软引用        
    if(sr.get()!=null){ 
        rev = (Browser) sr.get();           // 还没有被回收器回收,直接获取
    }else{
        prev = new Browser();               // 由于内存吃紧,所以对软引用的对象回收了
        sr = new SoftReference(prev);       // 重新构建
    }

    3)弱引用

    具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。

    String str=new String("abc");    
    WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(str);
    str=null;
    等价于
    str = null;
    System.gc();

    4)虚引用

    如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。

    11.JVM知识点精华汇总

    用XMind画了一张思维导图(源文件对部分节点有详细备注和参考资料,需要的朋友可以关注我的微信公众号:Java团长,然后回复“JVM”获取):

    參考与感谢


    作者:Jay_huaxiao
    链接:https://juejin.im/post/5d35ca5b518825449c64bc31
    来源:掘金
    著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

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  • Microsoft JVM 以及 Taobao JVM 的介绍

    万次阅读 2020-09-14 02:16:36
    Microsoft JVM 微软为了在IE3浏览器中支持Java Applets,开发了Microsoft JVM。 Microsoft JVM只能在windows平台下运行,但确实是当时windows平台上性能最好的java虚拟机。 1997年,Sun指控微软侵犯商标成功,微软赔...

    Microsoft JVM

    微软为了在IE3浏览器中支持Java Applets,开发了Microsoft JVM。
    Microsoft JVM只能在windows平台下运行,但确实是当时windows平台上性能最好的java虚拟机。
    1997年,Sun指控微软侵犯商标成功,微软赔了Sun公司很多前,微软在windows XP SP3中抹除了其VM。现在windows安装的jdk都是HotSpot虚拟机

    摘录《深入理解java虚拟机》----周志明----第三版的部分原文:

      在Java语言诞生的初期(1996年~1998年,以JDK1.2发布之前为分界),它的主要应用之一是在 浏览器中运行Java Applets程序,微软为了在Internet Explorer 3浏览器中支持Java Applets应用而开发了 自己的Java虚拟机,虽然这款虚拟机只有Windows平台的版本,“一次编译,到处运行”根本无从谈起, 但却是当时Windows系统下性能最好的Java虚拟机,它在1997年和1998年连续获得了《PC Magazine》 杂志的“编辑选择奖”。但是好景不长,在1997年10月,Sun公司正式以侵犯商标、不正当竞争等罪名控 告微软,在随后对微软公司的垄断调查之中,这款虚拟机也曾作为证据之一被呈送法庭。官司的结果 是微软向Sun公司(最终微软因垄断赔偿给Sun公司的总金额高达10亿美元)赔偿2000万美金,承诺终 止其Java虚拟机的发展,并逐步在产品中移除Java虚拟机相关功能。而最令人感到讽刺的是,到后来在 Windows XP SP3中Java虚拟机被完全抹去的时候,Sun公司却又到处登报希望微软不要这样做[1]。 Windows XP高级产品经理Jim Cullinan称:“我们花费了三年的时间和Sun公司打官司,当时他们试图阻 止我们在Windows中支持Java,现在我们这样做了,可他们又在抱怨,这太具有讽刺意味了。”

    Taobao JVM

    Taobao JVM基于OpenJDK开发了自己定制版本的AlibabaJDK。简称AJDK。主要想解决高并发、高可用、分布式的复合问题。

    它的特点是将生命周期较长的java对象从 堆 中移到堆外,并且GC不能管理GCIH内部的java对象。以达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。
    GCIH还能再多个java虚拟机进程中实现共享对象。
    使用crc32指令实现JVM intrinsic降低JNI的调用开销
    PMU hardware的java Profiling tool和诊断协助功能
    针对大数据场景的ZemGC
    TaobaoVM应用再阿里产品上性能高,硬件严重依赖intel的cpu,损失了兼容性,提高了性能。
    目前已经在淘宝、天猫上线,把Oracle官方的JVM全部替换。

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  • jvm之java类加载机制和类加载器(ClassLoader)的详解

    万次阅读 多人点赞 2018-08-13 15:05:46
    当程序主动使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则JVM会通过加载、连接、初始化3个步骤来对该类进行初始化。如果没有意外,JVM将会连续完成3个步骤,所以有时也把这个3个步骤统称为类加载或类初始化。 一...

    手把手写代码:三小时急速入门springboot—企业级微博项目实战--->csdn学院

          当程序主动使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则JVM会通过加载、连接、初始化3个步骤来对该类进行初始化。如果没有意外,JVM将会连续完成3个步骤,所以有时也把这个3个步骤统称为类加载或类初始化。

                                                        

    一、类加载过程

    1.加载    

        加载指的是将类的class文件读入到内存,并为之创建一个java.lang.Class对象,也就是说,当程序中使用任何类时,系统都会为之建立一个java.lang.Class对象。

        类的加载由类加载器完成,类加载器通常由JVM提供,这些类加载器也是前面所有程序运行的基础,JVM提供的这些类加载器通常被称为系统类加载器。除此之外,开发者可以通过继承ClassLoader基类来创建自己的类加载器。

        通过使用不同的类加载器,可以从不同来源加载类的二进制数据,通常有如下几种来源。

    • 从本地文件系统加载class文件,这是前面绝大部分示例程序的类加载方式。
    • 从JAR包加载class文件,这种方式也是很常见的,前面介绍JDBC编程时用到的数据库驱动类就放在JAR文件中,JVM可以从JAR文件中直接加载该class文件。
    • 通过网络加载class文件。
    • 把一个Java源文件动态编译,并执行加载。

        类加载器通常无须等到“首次使用”该类时才加载该类,Java虚拟机规范允许系统预先加载某些类。

    2.链接

        当类被加载之后,系统为之生成一个对应的Class对象,接着将会进入连接阶段,连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中。类连接又可分为如下3个阶段。

        1)验证:验证阶段用于检验被加载的类是否有正确的内部结构,并和其他类协调一致。Java是相对C++语言是安全的语言,例如它有C++不具有的数组越界的检查。这本身就是对自身安全的一种保护。验证阶段是Java非常重要的一个阶段,它会直接的保证应用是否会被恶意入侵的一道重要的防线,越是严谨的验证机制越安全。验证的目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,不会危害虚拟机自身安全。其主要包括四种验证,文件格式验证,元数据验证,字节码验证,符号引用验证。

        四种验证做进一步说明:

        文件格式验证:主要验证字节流是否符合Class文件格式规范,并且能被当前的虚拟机加载处理。例如:主,次版本号是否在当前虚拟机处理的范围之内。常量池中是否有不被支持的常量类型。指向常量的中的索引值是否存在不存在的常量或不符合类型的常量。

        元数据验证:对字节码描述的信息进行语义的分析,分析是否符合java的语言语法的规范。

        字节码验证:最重要的验证环节,分析数据流和控制,确定语义是合法的,符合逻辑的。主要的针对元数据验证后对方法体的验证。保证类方法在运行时不会有危害出现。

        符号引用验证:主要是针对符号引用转换为直接引用的时候,是会延伸到第三解析阶段,主要去确定访问类型等涉及到引用的情况,主要是要保证引用一定会被访问到,不会出现类等无法访问的问题。

       2)准备:类准备阶段负责为类的静态变量分配内存,并设置默认初始值。

       3)解析:将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用。说明一下:符号引用:符号引用是以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何的字面形式的字面量,只要不会出现冲突能够定位到就行。布局和内存无关。直接引用:是指向目标的指针,偏移量或者能够直接定位的句柄。该引用是和内存中的布局有关的,并且一定加载进来的。

    3.初始化

        初始化是为类的静态变量赋予正确的初始值,准备阶段和初始化阶段看似有点矛盾,其实是不矛盾的,如果类中有语句:private static int a = 10,它的执行过程是这样的,首先字节码文件被加载到内存后,先进行链接的验证这一步骤,验证通过后准备阶段,给a分配内存,因为变量a是static的,所以此时a等于int类型的默认初始值0,即a=0,然后到解析(后面在说),到初始化这一步骤时,才把a的真正的值10赋给a,此时a=10。

    二、类加载时机

    1. 创建类的实例,也就是new一个对象
    2. 访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值
    3. 调用类的静态方法
    4. 反射(Class.forName("com.lyj.load"))
    5. 初始化一个类的子类(会首先初始化子类的父类)
    6. JVM启动时标明的启动类,即文件名和类名相同的那个类    

         除此之外,下面几种情形需要特别指出:

         对于一个final类型的静态变量,如果该变量的值在编译时就可以确定下来,那么这个变量相当于“宏变量”。Java编译器会在编译时直接把这个变量出现的地方替换成它的值,因此即使程序使用该静态变量,也不会导致该类的初始化。反之,如果final类型的静态Field的值不能在编译时确定下来,则必须等到运行时才可以确定该变量的值,如果通过该类来访问它的静态变量,则会导致该类被初始化。

    三、类加载器

        类加载器负责加载所有的类,其为所有被载入内存中的类生成一个java.lang.Class实例对象。一旦一个类被加载如JVM中,同一个类就不会被再次载入了。正如一个对象有一个唯一的标识一样,一个载入JVM的类也有一个唯一的标识。在Java中,一个类用其全限定类名(包括包名和类名)作为标识;但在JVM中,一个类用其全限定类名和其类加载器作为其唯一标识。例如,如果在pg的包中有一个名为Person的类,被类加载器ClassLoader的实例kl负责加载,则该Person类对应的Class对象在JVM中表示为(Person.pg.kl)。这意味着两个类加载器加载的同名类:(Person.pg.kl)和(Person.pg.kl2)是不同的、它们所加载的类也是完全不同、互不兼容的。

       JVM预定义有三种类加载器,当一个 JVM启动的时候,Java开始使用如下三种类加载器:

     1)根类加载器(bootstrap class loader):它用来加载 Java 的核心类,是用原生代码来实现的,并不继承自 java.lang.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)。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节,开发者无法直接获取到启动类加载器的引用,所以不允许直接通过引用进行操作。

    下面程序可以获得根类加载器所加载的核心类库,并会看到本机安装的Java环境变量指定的jdk中提供的核心jar包路径:

    public class ClassLoaderTest {
    
    	public static void main(String[] args) {
    		
    		URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
    		for(URL url : urls){
    			System.out.println(url.toExternalForm());
    		}
    	}
    }

    运行结果:

      2)扩展类加载器(extensions class loader):它负责加载JRE的扩展目录,lib/ext或者由java.ext.dirs系统属性指定的目录中的JAR包的类。由Java语言实现,父类加载器为null。

      3)系统类加载器(system class loader):被称为系统(也称为应用)类加载器,它负责在JVM启动时加载来自Java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性,或者CLASSPATH换将变量所指定的JAR包和类路径。程序可以通过ClassLoader的静态方法getSystemClassLoader()来获取系统类加载器。如果没有特别指定,则用户自定义的类加载器都以此类加载器作为父加载器。由Java语言实现,父类加载器为ExtClassLoader。

    类加载器加载Class大致要经过如下8个步骤:

    1. 检测此Class是否载入过,即在缓冲区中是否有此Class,如果有直接进入第8步,否则进入第2步。
    2. 如果没有父类加载器,则要么Parent是根类加载器,要么本身就是根类加载器,则跳到第4步,如果父类加载器存在,则进入第3步。
    3. 请求使用父类加载器去载入目标类,如果载入成功则跳至第8步,否则接着执行第5步。
    4. 请求使用根类加载器去载入目标类,如果载入成功则跳至第8步,否则跳至第7步。
    5. 当前类加载器尝试寻找Class文件,如果找到则执行第6步,如果找不到则执行第7步。
    6. 从文件中载入Class,成功后跳至第8步。
    7. 抛出ClassNotFountException异常。
    8. 返回对应的java.lang.Class对象。

    四、类加载机制:

    1.JVM的类加载机制主要有如下3种。

    • 全盘负责:所谓全盘负责,就是当一个类加载器负责加载某个Class时,该Class所依赖和引用其他Class也将由该类加载器负责载入,除非显示使用另外一个类加载器来载入。
    • 双亲委派:所谓的双亲委派,则是先让父类加载器试图加载该Class,只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类。通俗的讲,就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委托给父加载器,依次递归,如果父加载器可以完成类加载任务,就成功返回;只有父加载器无法完成此加载任务时,才自己去加载。
    • 缓存机制。缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存,当程序中需要使用某个Class时,类加载器先从缓存区中搜寻该Class,只有当缓存区中不存在该Class对象时,系统才会读取该类对应的二进制数据,并将其转换成Class对象,存入缓冲区中。这就是为很么修改了Class后,必须重新启动JVM,程序所做的修改才会生效的原因。

    2.这里说明一下双亲委派机制:

           双亲委派机制,其工作原理的是,如果一个类加载器收到了类加载请求,它并不会自己先去加载,而是把这个请求委托给父类的加载器去执行,如果父类加载器还存在其父类加载器,则进一步向上委托,依次递归,请求最终将到达顶层的启动类加载器,如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回,倘若父类加载器无法完成此加载任务,子加载器才会尝试自己去加载,这就是双亲委派模式,即每个儿子都很懒,每次有活就丢给父亲去干,直到父亲说这件事我也干不了时,儿子自己才想办法去完成。

          双亲委派机制的优势:采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系,通过这种层级关可以避免类的重复加载,当父亲已经加载了该类时,就没有必要子ClassLoader再加载一次。其次是考虑到安全因素,java核心api中定义类型不会被随意替换,假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类,通过双亲委托模式传递到启动类加载器,而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类,发现该类已被加载,并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer,而直接返回已加载过的Integer.class,这样便可以防止核心API库被随意篡改。

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