由一道面试题理解类加载机制 - Sanarous的博客

由一道面试题理解类加载机制

不了解JVM的类加载机制你也可以coding,但是当你了解之后,可以让你在coding的时候避免很多坑。本文将以一道常见的面试题去剖析一下JVM中的类加载机制。

本文参考周志明《深入理解JVM虚拟机》(第2版)

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public class ClassLoadTest{
private static ClassLoaderTest test = new ClassLoad();

static int x;
static int y = 0;

public ClassLoaderTest(){
x++:
y++;
}

public static void main(String[] args){
System.out.println(test.x);
System.out.println(test.y);
}
}

那么上面代码运行的结果x,y值是多少呢?可以先猜测一下答案,结果可能会出乎你的意料~

类加载过程:

先用一个图简单的描述一下类加载的这个过程

加载

这个过程相当于从本地或者网络端去读取一个字节流,然后将一些静态存储结构转化成方法区中运行时期的数据,最后生成一个代表整个类的Class对象,作为方法区访问这个类的入口。

例如:

  • 咱们可以通过一个类的全限定名去加载类
  • 通过jar、war包去加载类
  • 通过http请求去第三方平台上拉取指定的类来加载
  • 运行时计算生成,例如cglib动态代理等等

针对上述例子,这里是加载一个ClassLoaderTest.class对象

验证

要理解这个环节其实并不难,一个东西要放到JVM上去运行,咱们肯定得对其进行一些过滤,不能什么都往上丢,这也是JVM自我保护的一种机制,这里的验证简单的举几个例子。

  • 文件格式的验证

​ (1)是否以魔数0xCAFEBABE开头。

​ (2)主次版本号是否在当前虚拟机处理范围内。

​ (3)常量池中的常量是否有不被支持的常量类型等等。

  • 元数据的验证

​ (1)这个类是否有父类

​ (2)这个类的父类是否继承了不被允许继承的类(final修饰的类)

​ (3)这个类不是抽象类,是否实现了所有接口中要实现的方法等等。

  • 字节码的验证

​ (1)保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。

​ (2)保证方法体中的类型转换是有效的等等。

  • 符号引用的验证

​ (1)能否通过类的全限定名去找到对应的类

​ (2)符号引用中的类、字段、方法是否可以被当前类访问等等。

准备过程

这个过程相当于给类变量分配内存空间并设置变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

针对上述例子:

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test = null;
x = 0;
y = 0;

解析过程

将符号引用转化成直接引用的过程。这个有两个名词 符号引用直接引用

  • 符号引用:符号引用与虚拟机的布局无关,甚至引用的目标不一定加载到了内存中。符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能够准确的定位到目标即可。
  • 直接引用:直接引用可以直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用与虚拟机布局有关,如果有了直接引用,那么引用的目标必定已经在内存中存在。

而解析过程又会针对类、字段、方法进行解析,解析失败则会抛出相应的异常。例如在解析时发现没有访问权限会抛出 java.lang.IllegalAccessException 异常,查询不到引用字段会抛出 java.lang.NoSuchFieldException 异常,查询不到方法会抛出 java.lang.NoSuchMethodException 异常等等。

初始化

在准备阶段,变量已经赋值过系统要求的默认值,在初始化阶段,则会根据程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。这句话听起来有些绕口,根据上述例子,实际上就是:

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test = new ClassLoaderTest();
y = 0;

这个过程,由于 x 咱们自己并没有去设定一个值,所以初始化阶段它不会发生任何改变,但是 y 咱们有设定一个值0,所以最后造成最终结果为:

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x = 1;
y = 0;

ps:在同一个类加载器下,一个类只会初始化一次。多个线程同时初始化一个类,只有一个线程能正常初始化,其他线程都会进行阻塞等待,直到活动线程执行初始化方法完毕。

总结

对于上面这个面试题,咱们用流程图简单的描述一下:

如果这篇文章对您很有帮助,不妨
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