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JVM加载class文件的原理机制是什么?

nanyue 2024-09-06 20:26:18 技术文章 6 ℃

问:JVM加载class文件的原理机制是什么?

答:Java语言是一种具有动态性的解释型语言,类(class)只有被加载到JVM中后才能运行。当运行指定程序时,JVM会将编译生成的.class文件按照需求和一定的规则加载到内存中,并组织成为一个完整的Java应用程序。这个加载过程是由类加载器来完成的,具体来说,就是由ClassLoader和它的子类来实现的。类加载器本身也是一个类,其实质是把类文件从硬盘读取到内存中。

类的加载方式分为隐式加载与显式加载两种。隐式加载指的是程序在使用new等方式创建对象时,会隐式地调用类的加载器把对应的类加载到JVM中。显式加载指的是通过直接调用class.forName()方法来把所需的类加载到JVM中。

任何一个工程项目都是由许多个类组成的,当程序启动时,只把需要的类加载到JVM中,其他类只有被使用到的时候才会被加载,采用这种方法,一方面可以加快加载速度,另外一方面可以节约程序运行过程中对内存的开销。此外,在Java语言中,每个类或接口都对应一个.class文件,这些文件可以被看成一个个可以被动态加载的单元,因此当只有部分类被修改时,只需要重新编译变化的类即可,而不需要重新编译所有文件,因此加快了编译速度。

在Java语言中,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(例如基类)完全加载到JVM中,至于其他类,则在需要时才加载。在Java语言中,可以把类分为3类:系统类、扩展类和自定义类。Java针对这3种不同的类提供了3种类型的加载器,这3种加载器的关系如下:

以上这3个类是如何协调工作来完成类的加载呢?其实,它们是通过委托的方式实现的。具体而言,就是当有类需要被加载时,类加载器会请求父类来完成这个载入工作,父类会使用其自己的搜索路径来搜索需要被载入的类,如果搜索不到,才会由子类按照其搜索路径来搜索待加载的类。下例可以充分说明类加载器的工作原理:

从上例可以看出,TestLoader类是由AppClassLoader来加载的。另外需要说明的一点是,由于Bootstrap Loader是用C++语言来实现的,因此,在Java语言中是看不到它的,所以此时程序会输出null。

类加载的主要步骤分为以下3步:

1)装载。根据查找路径找到相对应的class文件,然后导入。

2)链接。链接又可以分为3个小的步骤,具体如下。

①检查。检查待加载的class文件的正确性。

②准备。给类中的静态变量分配存储空间。

③解析。将符号引用转换成直接引用(这一步是可选的)。

3)初始化。对静态变量和静态代码块执行初始化工作。


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