什么是类加载器?什么是双亲委派模型?

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  1. 什么是类加载器,类加载器有哪些?
    要想理解类加载器的话,务必要先清楚对于一个Java文件,它从编译到执行的整个过程。在这里插入图片描述
    类加载器:用于装载字节码文件(.class文件)
    运行时数据区:用于分配存储空间
    执行引擎:执行字节码文件或本地方法
    垃圾回收器:用于对JVM中的垃圾内容进行回收
    1.1. 类加载器
    JVM只会运行二进制文件,而类加载器(ClassLoader)的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中,从而让Java程序能够启动起来。现有的类加载器基本上都是java.lang.ClassLoader的子类,该类的只要职责就是用于将指定的类找到或生成对应的字节码文件,同时类加载器还会负责加载程序所需要的资源

1.2. 类加载器种类
类加载器根据各自加载范围的不同,划分为四种类加载器:

启动类加载器(BootStrap ClassLoader):

该类并不继承ClassLoader类,其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。

扩展类加载器(ExtClassLoader):

该类是ClassLoader的子类,主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。

应用类加载器(AppClassLoader):

该类是ClassLoader的子类,主要用于加载classPath下的类,也就是加载开发者自己编写的Java类。

自定义类加载器:

开发者自定义类继承ClassLoader,实现自定义类加载规则。

上述三种类加载器的层次结构如下如下:
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类加载器的体系并不是“继承”体系,而是委派体系,类加载器首先会到自己的parent中查找类或者资源,如果找不到才会到自己本地查找。类加载器的委托行为动机是为了避免相同的类被加载多次。

  1. 什么是双亲委派模型?
    如果一个类加载器在接到加载类的请求时,它首先不会自己尝试去加载这个类,而是把这个请求任务委托给父类加载器去完成,依次递归,如果父类加载器可以完成类加载任务,就返回成功;只有父类加载器无法完成此加载任务时,才由下一级去加载。
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  2. JVM为什么采用双亲委派机制
    通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载,当父类已经加载后则无需重复加载,保证唯一性。

为了安全,保证类库API不会被修改

在工程中新建java.lang包,接着在该包下新建String类,并定义main函数

public class String {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("demo info");
    }
}

此时执行main函数,会出现异常,在类 java.lang.String 中找不到 main 方法
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出现该信息是因为由双亲委派的机制,java.lang.String的在启动类加载器(Bootstrap classLoader)得到加载,因为在核心jre库中有其相同名字的类文件,但该类中并没有main方法。这样就能防止恶意篡改核心API库。

  1. 类装载的执行过程?
    类从加载到虚拟机中开始,直到卸载为止,它的整个生命周期包括了:加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中,验证、准备和解析这三个部分统称为连接(linking)。
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    类加载过程详解

1.加载
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通过类的全名,获取类的二进制数据流。

解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构(Java类模型)

创建java.lang.Class类的实例,表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口
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2.验证
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验证类是否符合JVM规范,安全性检查

(1)文件格式验证:是否符合Class文件的规范

(2)元数据验证

这个类是否有父类(除了Object这个类之外,其余的类都应该有父类)

这个类是否继承(extends)了被final修饰过的类(被final修饰过的类表示类不能被继承)

类中的字段、方法是否与父类产生矛盾。(被final修饰过的方法或字段是不能覆盖的)

(3)字节码验证- 主要的目的是通过对数据流和控制流的分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。

(4)符号引用验证: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

比如:int i = 3; 字面量:3 符号引用:i

3.准备
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为类变量分配内存并设置类变量初始值

static变量,分配空间在准备阶段完成(设置默认值),赋值在初始化阶段完成

static变量是final的基本类型,以及字符串常量,值已确定,赋值在准备阶段完成

static变量是final的引用类型,那么赋值也会在初始化阶段完成
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4.解析
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把类中的符号引用转换为直接引用

比如:方法中调用了其他方法,方法名可以理解为符号引用,而直接引用就是使用指针直接指向方法。
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5.初始化
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对类的静态变量,静态代码块执行初始化操作

如果初始化一个类的时候,其父类尚未初始化,则优先初始化其父类。

如果同时包含多个静态变量和静态代码块,则按照自上而下的顺序依次执行。

6.使用
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JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码

调用静态类成员信息(比如:静态字段、静态方法)

使用new关键字为其创建对象实例

7.卸载

当用户程序代码执行完毕后,JVM 便开始销毁创建的 Class 对象,最后负责运行的 JVM 也退出内存

5.类加载器面试
面试官:什么是类加载器,类加载器有哪些?

候选人:

JVM只会运行二进制文件,而类加载器(ClassLoader)的主要作用就是将字节码文件加载到JVM中,从而让Java程序能够启动起来。

常见的类加载器有4个

第一个是启动类加载器(BootStrap ClassLoader):其是由C++编写实现。用于加载JAVA_HOME/jre/lib目录下的类库。

第二个是扩展类加载器(ExtClassLoader):该类是ClassLoader的子类,主要加载JAVA_HOME/jre/lib/ext目录中的类库。

第三个是应用类加载器(AppClassLoader):该类是ClassLoader的子类,主要用于加载classPath下的类,也就是加载开发者自己编写的Java类。

第四个是自定义类加载器:开发者自定义类继承ClassLoader,实现自定义类加载规则。

说一下类装载的执行过程?

类从加载到虚拟机中开始,直到卸载为止,它的整个生命周期包括了:加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中,验证、准备和解析这三个部分统称为连接(linking)

1.加载:查找和导入class文件

2.验证:保证加载类的准确性

3.准备:为类变量分配内存并设置类变量初始值

4.解析:把类中的符号引用转换为直接引用

5.初始化:对类的静态变量,静态代码块执行初始化操作

6.使用:JVM 开始从入口方法开始执行用户的程序代码

7.卸载:当用户程序代码执行完毕后,JVM 便开始销毁创建的 Class 对象,最后负责运行的 JVM 也退出内存

什么是双亲委派模型?

如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己尝试加载这个类,而是把这请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传说到顶层的启动类加载器中,只有当父类加载器返回自己无法完成这个加载请求(它的搜索返回中没有找到所需的类)时,子类加载器才会尝试自己去加载

JVM为什么采用双亲委派机制

主要有两个原因。

第一、通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载,当父类已经加载后则无需重复加载,保证唯一性。

第二、为了安全,保证类库API不会被修改

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