通過例項解析Java class檔案編譯載入過程
一、Java從編碼到執行
首先我們來看一下Java是如何從編碼到執行的呢？ 我們有一個x.java檔案通過執行javac命令可以變成x.class檔案，當我們呼叫Java命令的時候class檔案會被裝載到記憶體中，這個過程叫做classloader。一般情況下我們自己寫程式碼的時候會用到Java的類庫，所以在載入的時候也會把Java類庫相關的類也載入到記憶體中。裝載完成之後會呼叫位元組碼直譯器和JIT即時編譯器來進行解釋和編譯，編譯完之後由執行引擎開始執行，執行引擎下面對應的就是作業系統硬體了。下圖是大體的流程：
Java叫做跨平臺的語言，JVM可以稱之為跨語言的平臺；
有個問題:java是解釋執行還是編譯執行？答：解釋和編譯是可以混合的，特別常用的程式碼或則是程式碼用到的次數特別多的時候，會把一個即時編譯做成本地編譯，這樣會很大程度上的提高效率。
Java虛擬機器是如何做到這麼多語言都可以在上面執行，關鍵在於class檔案，任何語言只要能編譯成class檔案，並且符合class檔案的規範你就可以放在Java虛擬機器上去執行。
二、詳解class檔案的載入過程
接下來主要講的是一個class檔案是怎麼從硬碟上到記憶體中，並開始執行的。
類載入主要有三個過程：loading 、linking 、initializing；其中linking又分為三個步驟：verification 、preparation 、resolution；
1、首先Loading是什麼意思呢？是把一個class問價load到記憶體中去；
2、接下來是Linking分為了三小步：
- verification 是用來校驗載入進來的class檔案是否符合class檔案標準，如果不符合直接就會被拒絕了；
- preparation 是將class檔案靜態變數賦預設值而不是初始值，例如static int i =8；這個步驟並不是將i賦值為8，而是賦值為預設值0；
- resolution 是把class檔案常量池中用到的符號引用轉換成直接記憶體地址，可以訪問到的內容；
3、initializing 成為初始化，靜態變數在這個時候才會被賦值為初始值；
下面為類載入過程的簡化圖：
類載入器的載入過程是分成不同的層次來載入的，不同的類載入器來載入不同的class檔案， Bootstrap >Extension>Application>Custom(自定義類載入器)
1、第一個類載入器的層次為：Bootstrap 稱為啟動類載入器，是Java類載入層次中最頂層的類載入器，負責載入JDK中的核心類庫。
2、第二個類載入器的層次為：Extension 是用來載入擴充套件類的，主要負責載入Java的擴充套件類庫,預設載入JAVA_HOME/jre/lib/ext/目錄下的所有jar包。
3、第三個類載入器的層次為：Application又稱為系統類載入器,負責在JVM啟動時,載入來自在命令java中的classpath或者java.class.path系統屬性或者CLASSPATH作業系統屬性所指定的JAR類包和類路徑。
4、第三個類載入器的層次為：CustomClassLoader(自定義載入器)
package com.example.demo.classloader;
public class ClassLoaderScope {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("-------------------Bootstrap載入類-------------------");
String property = System.getProperty("sun.boot.class.path");
String s = property.replaceAll(";",System.lineSeparator());
System.out.println(s);
System.out.println("-------------------Ext載入類-------------------");
String property1 = System.getProperty("java.ext.dirs");
String s1 = property1.replaceAll(";",System.lineSeparator());
System.out.println(s1);
System.out.println("-------------------App載入類-------------------");
String property2 = System.getProperty("java.class.path");
String s2 = property2.replaceAll(";",System.lineSeparator());
System.out.println(s2);
}
}
/**輸出結果只截取了部分*/
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\resources.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\rt.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\sunrsasign.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\jsse.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\jce.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\charsets.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\jfr.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\classes
//----------------------------------------------
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\ext
//C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
//----------------------------------------------
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\charsets.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\deploy.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\ext\cldrdata.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\ext\dnsns.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\ext\jaccess.jar
//E:\JDK\jdk1.8\jre\lib\ext\jfxrt.jar
特別注意一點這個的層級關係並沒有繼承的關係在裡面，只是單單純純的語法上的繼承；
下圖為類載入的一個全過程：
用比較通俗的話來解釋這個過程，當有一個類需要被載入時，首先要判斷這個類是否已經被載入到記憶體，判斷載入與否的過程是有順序的，如果有自己定義的類載入器，會先到custom class loader 的cache（快取）中去找是否已經載入，若已載入直接返回結果，否則到App的cache中查詢，如果已經存在直接返回，如果不存在，到Extension中查詢，存在直接返回，不存在繼續向父載入器中尋找直到Bootstrap頂層，如果依然沒找到，那就是沒有載入器載入過這個類，需要委派對應的載入器來載入，先看看這個類是否在自己的載入範圍內，如果是直接載入返回結果，若不是繼續向下委派，以此類推直到最下級，如果最終也沒能載入，就會直接拋異常ClassNotFoundException，這就是雙親委派模式。
理解雙親委派模式：
1、父載入器：不是類載入器的載入器，也不是類載入器的父類載入器（此處意思是沒有父類與子類之間的繼承關係）。
package com.example.demo.classloader;
/**
* 驗證了父載入器不是載入器的載入器
*/
public class ParentAndChild {
public static void main(String[] args) {
//AppClassLoader
ClassLoader classLoader = ParentAndChild.class.getClassLoader();
System.out.println(classLoader);
//null 這裡AppClassLoader的載入器不是ExtClassLoader 而是Bootstrap
ClassLoader appclassLoader = ParentAndChild.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader();
System.out.println(appclassLoader);
//ExtClassLoader AppClassLoader的父載入器是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，如果一個類載入器收到了類載入請求，並不會直接去載入，而是自下而上的向頂層類載入器查詢是否已經被載入了，如果被載入就不用進行載入，如果未被載入過，則會自上而下的檢查是否屬於自己載入的範圍，如果屬於則載入，如果不屬於則向下委託，直到類被載入進來才能叫做成功，如果載入不成功就會拋異常classnotfoundexeption,這就叫做雙親委派。
3、為什麼要搞雙親委派模式？
主要是為了安全，這裡可以使用反證法，如果任何類載入器都可以把class載入到記憶體中，我們就可以自定義類載入器來載入Java.lang.string。在打包時可以把密碼儲存為String物件，偷偷摸摸的把密碼傳送到自己的郵箱，這樣會造成安全問題。
三、自定義類載入器
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);
}
}
/**
* 輸出結果
*/
//com.example.demo.threaddemo.juc_002.Account
程式碼執行結果可以看出，就是你要載入一個類你只要呼叫classLoader中的loadClass()方法就能把這個類載入到記憶體中，載入完成之後會給你返回一個Class類的物件。
在硬碟上找到這個類的原始碼，把它load到記憶體，與此同時生成一個Class物件，上述的小程式是通過ClassLoaderByHand 找到他的載入器AppClassLoader 然後呼叫它的loadClass()方法，讓它幫我們把Account類載入進來，返回一個clazz物件，使用clazz.getName()方法正常返回Account類。
什麼時候我們需要自己定義去載入一個類？
熱部署時就是先把之前載入的類給幹掉 ，然後使用的自定義類載入器來進行重新載入
spring的動態代理，一個新的class 當需要的時候就會把它load到記憶體中
我們還是來看一下原始碼吧，載入過程最主要的還是ClassLoader中的loaderClass()方法：
結合上面給的類載入過程的圖解一起看會更容易一些；
protected Class<?> loadClass(String name,boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
/**
* 在載入之前先呼叫findLoadedClass()方法檢視是否已經載入過此類
* 若載入過 返回該物件
* 如果未載入則返回null 進行下一步
*/
// First,check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
//判斷有無父載入器 如果不為空說明還未到頂層Bootstrap遞迴呼叫loadClass()
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name,false);
} else {
//如果沒有父載入器說明呼叫的載入器為Bootstrap Class Loader,在此載入器記憶體中查詢是否已經載入
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載入此類
if (c == null) {
// If still not found,then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
//呼叫自己的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;
}
}
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支援我們。