面試官對(duì)于JVM類加載機(jī)制的猛烈炮火，你能頂住嗎？

目錄：

1. 前文回顧

2. JVM在什么情況下會(huì)加載一個(gè)類？

3. 從實(shí)用角度出發(fā)，來(lái)看看驗(yàn)證、準(zhǔn)備和初始化的過程

4. 核心階段：初始化

5. 類加載器和雙親委派機(jī)制

6. 昨日思考題的解答

1、前文回顧

咱們今天先來(lái)回顧一下昨天講到的JVM整體的一個(gè)運(yùn)行原理。

我們首先從“.java”代碼文件，編譯成“.class”字節(jié)碼文件

然后類加載器把“.class”字節(jié)碼文件中的類給加載到JVM中

接著是JVM來(lái)執(zhí)行我們寫好的那些類中的代碼，整體是這么個(gè)順序。

再看看下圖，感受一下這個(gè)過程：

那么今天，我們就來(lái)仔細(xì)看看上圖中的“類加載”這個(gè)過程，看看JVM的類加載機(jī)制到底是怎么樣的？

搞清楚這個(gè)過程了，那么以后在面試時(shí)，對(duì)面試官常問的JVM類加載機(jī)制，就能把一些核心概念說清楚了。

2、JVM在什么情況下會(huì)加載一個(gè)類？

其實(shí)類加載過程非常的瑣碎復(fù)雜，但是對(duì)于我們平時(shí)從工作中實(shí)用的角度來(lái)說，主要是把握他的核心工作原理就可以。

一個(gè)類從加載到使用，一般會(huì)經(jīng)歷下面的這個(gè)過程：

加載 -> 驗(yàn)證 -> 準(zhǔn)備 -> 解析 -> 初始化 -> 使用 -> 卸載

所以首先要搞明白的第一個(gè)問題，就是JVM在執(zhí)行我們寫好的代碼的過程中，一般在什么情況下會(huì)去加載一個(gè)類呢？

也就是說，啥時(shí)候會(huì)從“.class”字節(jié)碼文件中加載這個(gè)類到JVM內(nèi)存里來(lái)。

其實(shí)答案非常簡(jiǎn)單，就是在你的代碼中用到這個(gè)類的時(shí)候。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比如下面你有一個(gè)類（Kafka.class），里面有一個(gè)“main()”方法作為主入口。

那么一旦你的JVM進(jìn)程啟動(dòng)之后，它一定會(huì)先把你的這個(gè)類（Kafka.cass）加載到內(nèi)存里，然后從“main()”方法的入口代碼開始執(zhí)行。

我們還是堅(jiān)持一步一圖，大家先看看下圖，感受一下：

接著假設(shè)上面的代碼中，出現(xiàn)了如下的這么一行代碼：

這時(shí)可能大家就想了，你的代碼中明顯需要使用“ReplicaManager”這個(gè)類去實(shí)例化一個(gè)對(duì)象，此時(shí)必須得把“ReplicaManager.class”字節(jié)碼文件中的這個(gè)類加載到內(nèi)存里來(lái)??！是不是？

所以這個(gè)時(shí)候就會(huì)觸發(fā)JVM通過類加載器，從“ReplicaManager.class”字節(jié)碼文件中加載對(duì)應(yīng)的類到內(nèi)存里來(lái)使用，這樣代碼才能跑起來(lái)。

我們來(lái)看下面的圖：

上面就是給大家舉的一個(gè)例子，相信非常的通俗易懂。

簡(jiǎn)單概括一下：首先你的代碼中包含“main()”方法的主類一定會(huì)在JVM進(jìn)程啟動(dòng)之后被加載到內(nèi)存，開始執(zhí)行你的“main()”方法中的代碼

接著遇到你使用了別的類，比如“ReplicaManager”，此時(shí)就會(huì)從對(duì)應(yīng)的“.class”字節(jié)碼文件加載對(duì)應(yīng)的類到內(nèi)存里來(lái)。

3、從實(shí)用角度出發(fā)，來(lái)看看驗(yàn)證、準(zhǔn)備和初始化的過程

其實(shí)上面的類加載時(shí)機(jī)的問題，對(duì)于很多有經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)來(lái)說不是什么問題。

但是對(duì)于很多初學(xué)者來(lái)說，是一個(gè)非常重要的需要捋清的概念。

接下來(lái)就來(lái)簡(jiǎn)單帶著大家，從實(shí)用的角度出發(fā)，過一下另外三個(gè)概念：

驗(yàn)證、準(zhǔn)備、初始化

其實(shí)對(duì)于這三個(gè)概念，沒太大的必要去深究里面的細(xì)節(jié)，這里的細(xì)節(jié)很多很繁瑣，對(duì)于大部分同學(xué)而言，只要腦子里有下面的幾個(gè)概念就可以了：

（1）驗(yàn)證階段

簡(jiǎn)單來(lái)說，這一步就是根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范，來(lái)校驗(yàn)?zāi)慵虞d進(jìn)來(lái)的“.class”文件中的內(nèi)容，是否符合指定的規(guī)范。

這個(gè)相信很好理解，假如說，你的“.class”文件被人篡改了，里面的字節(jié)碼壓根兒不符合規(guī)范，那么JVM是沒法去執(zhí)行這個(gè)字節(jié)碼的！

所以把“.class”加載到內(nèi)存里之后，必須先驗(yàn)證一下，校驗(yàn)他必須完全符合JVM規(guī)范，后續(xù)才能交給JVM來(lái)運(yùn)行。

下面用一張圖，展示了這個(gè)過程：

（2）準(zhǔn)備階段

這個(gè)階段其實(shí)也很好理解，咱們都知道，我們寫好的那些類，其實(shí)都有一些類變量

比如下面的這個(gè)“ReplicaManager”類：

假設(shè)你有這么一個(gè)“ReplicaManager”類，他的“ReplicaManager.class”文件內(nèi)容剛剛被加載到內(nèi)存之后，會(huì)進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)這個(gè)字節(jié)碼文件的內(nèi)容是規(guī)范的

接著就會(huì)進(jìn)行準(zhǔn)備工作。

這個(gè)準(zhǔn)備工作，其實(shí)就是給這個(gè)“ReplicaManager”類分配一定的內(nèi)存空間

然后給他里面的類變量（也就是static修飾的變量）分配內(nèi)存空間，來(lái)一個(gè)默認(rèn)的初始值

比如上面的示例里，就會(huì)給“flushInterval”這個(gè)類變量分配內(nèi)容空間，給一個(gè)“0”這個(gè)初始值。

整個(gè)過程，如下圖所示：

（3）解析階段

這個(gè)階段干的事兒，實(shí)際上是把符號(hào)引用替換為直接引用的過程，其實(shí)這個(gè)部分的內(nèi)容很復(fù)雜，涉及到JVM的底層

但是注意，同學(xué)們，就我本意而言，希望第一周的文章，絕對(duì)是淺顯易懂的，循序漸進(jìn)，要保證每個(gè)同學(xué)都能絕對(duì)看懂。

所以針對(duì)這個(gè)階段，現(xiàn)在不打算做過深的解讀，因?yàn)閺膶?shí)用角度而言，對(duì)很多同學(xué)在工作中實(shí)踐JVM技術(shù)其實(shí)也用不到，所以這里大家就暫時(shí)知道有這么一個(gè)階段就可以了。

同樣，我還是給大家畫圖展示一下：

（4）三個(gè)階段的小結(jié)

其實(shí)這三個(gè)階段里，最核心的大家務(wù)必關(guān)注的，就是“準(zhǔn)備階段”

因?yàn)檫@個(gè)階段是給加載進(jìn)來(lái)的類分配好了內(nèi)存空間，類變量也分配好了內(nèi)存空間，并且給了默認(rèn)的初始值，這個(gè)概念，大家心里一定要有。

4、核心階段：初始化

之前說過，在準(zhǔn)備階段時(shí)，就會(huì)把我們的“ReplicaManager”類給分配好內(nèi)存空間

另外他的一個(gè)類變量“flushInterval”也會(huì)給一個(gè)默認(rèn)的初始值“0”，那么接下來(lái)，在初始化階段，就會(huì)正式執(zhí)行我們的類初始化的代碼了。

那么什么是類初始化的代碼呢？我們來(lái)看看下面這段代碼：

大家可以看到，對(duì)于“flushInterval”這個(gè)類變量，我們是打算通過Configuration.getInt("replica.flush.interval")這段代碼來(lái)獲取一個(gè)值，并且賦值給他的

但是在準(zhǔn)備階段會(huì)執(zhí)行這個(gè)賦值邏輯嗎？

NO！在準(zhǔn)備階段，僅僅是給“flushInterval”類變量開辟一個(gè)內(nèi)存空間，然后給個(gè)初始值“0”罷了。

那么這段賦值的代碼什么時(shí)候執(zhí)行呢？答案是在“初始化”階段來(lái)執(zhí)行。

在這個(gè)階段，就會(huì)執(zhí)行類的初始化代碼，比如上面的? Configuration.getInt("replica.flush.interval")? 代碼就會(huì)在這里執(zhí)行，完成一個(gè)配置項(xiàng)的讀取，然后賦值給這個(gè)類變量“flushInterval”。

另外比如下圖的static靜態(tài)代碼塊，也會(huì)在這個(gè)階段來(lái)執(zhí)行。

類似下面的代碼語(yǔ)義，可以理解為類初始化的時(shí)候，調(diào)用“l(fā)oadReplicaFromDish()”方法從磁盤中加載數(shù)據(jù)副本，并且放在靜態(tài)變量“replicas”中：

那么搞明白了類的初始化是什么，就得來(lái)看看類的初始化的規(guī)則了。

什么時(shí)候會(huì)初始化一個(gè)類？

一般來(lái)說有以下一些時(shí)機(jī)：比如“new ReplicaManager()”來(lái)實(shí)例化類的對(duì)象了，此時(shí)就會(huì)觸發(fā)類的加載到初始化的全過程，把這個(gè)類準(zhǔn)備好，然后再實(shí)例化一個(gè)對(duì)象出來(lái)；

或者是包含“main()”方法的主類，必須是立馬初始化的。

此外，這里還有一個(gè)非常重要的規(guī)則，就是如果初始化一個(gè)類的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)他的父類還沒初始化，那么必須先初始化他的父類

比如下面的代碼：

如果你要“new ReplicaManager()”初始化這個(gè)類的實(shí)例，那么會(huì)加載這個(gè)類，然后初始化這個(gè)類

但是初始化這個(gè)類之前，發(fā)現(xiàn)AbstractDataManager作為父類還沒加載和初始化，那么必須先加載這個(gè)父類，并且初始化這個(gè)父類。

這個(gè)規(guī)則，大家必須得牢記，再來(lái)一張圖，借助圖片來(lái)進(jìn)行理解：

5、類加載器和雙親委派機(jī)制

現(xiàn)在相信大家都搞明白了整個(gè)類加載從觸發(fā)時(shí)機(jī)到初始化的過程了，接著給大家說一下類加載器的概念

因?yàn)閷?shí)現(xiàn)上述過程，那必須是依靠類加載器來(lái)實(shí)現(xiàn)的

那么Java里有哪些類加載器呢？簡(jiǎn)單來(lái)說有下面幾種：

（1）啟動(dòng)類加載器

Bootstrap ClassLoader，他主要是負(fù)責(zé)加載我們?cè)跈C(jī)器上安裝的Java目錄下的核心類的

相信大家都知道，如果你要在一個(gè)機(jī)器上運(yùn)行自己寫好的Java系統(tǒng)，無(wú)論是windows筆記本，還是linux服務(wù)器，是不是都得裝一下JDK？

那么在你的Java安裝目錄下，就有一個(gè)“l(fā)ib”目錄，大家可以自己去找找看，這里就有Java最核心的一些類庫(kù)，支撐你的Java系統(tǒng)的運(yùn)行。

所以一旦你的JVM啟動(dòng)，那么首先就會(huì)依托啟動(dòng)類加載器，去加載你的Java安裝目錄下的“l(fā)ib”目錄中的核心類庫(kù)。

（2）擴(kuò)展類加載器

Extension ClassLoader，這個(gè)類加載器其實(shí)也是類似的，就是你的Java安裝目錄下，有一個(gè)“l(fā)ib\ext”目錄

這里面有一些類，就是需要使用這個(gè)類加載器來(lái)加載的，支撐你的系統(tǒng)的運(yùn)行。

那么你的JVM一旦啟動(dòng)，是不是也得從Java安裝目錄下，加載這個(gè)“l(fā)ib\ext”目錄中的類？

（3）應(yīng)用程序類加載器

Application ClassLoader，這類加載器就負(fù)責(zé)去加載“ClassPath”環(huán)境變量所指定的路徑中的類

其實(shí)你大致就理解為去加載你寫好的Java代碼吧，這個(gè)類加載器就負(fù)責(zé)加載你寫好的那些類到內(nèi)存里。

（4）自定義類加載器

除了上面那幾種之外，還可以自定義類加載器，去根據(jù)你自己的需求加載你的類。

（5）雙親委派機(jī)制

JVM的類加載器是有親子層級(jí)結(jié)構(gòu)的，就是說啟動(dòng)類加載器是最上層的，擴(kuò)展類加載器在第二層，第三層是應(yīng)用程序類加載器，最后一層是自定義類加載器。

大家看下圖：

然后，基于這個(gè)親子層級(jí)結(jié)構(gòu)，就有一個(gè)雙親委派的機(jī)制

什么意思呢？

就是假設(shè)你的應(yīng)用程序類加載器需要加載一個(gè)類，他首先會(huì)委派給自己的父類加載器去加載，最終傳導(dǎo)到頂層的類加載器去加載

但是如果父類加載器在自己負(fù)責(zé)加載的范圍內(nèi)，沒找到這個(gè)類，那么就會(huì)下推加載權(quán)利給自己的子類加載器。

聽完了上面一大堆繞口令，是不是很迷茫？別著急，咱們用一個(gè)例子來(lái)說明一下。

比如你的JVM現(xiàn)在需要加載“ReplicaManager”類，此時(shí)應(yīng)用程序類加載器會(huì)問問自己的爸爸，也就是擴(kuò)展類加載器，你能加載到這個(gè)類嗎？

然后擴(kuò)展類加載器直接問自己的爸爸，啟動(dòng)類加載器，你能加載到這個(gè)類嗎？

啟動(dòng)類加載器心想，我在Java安裝目錄下，沒找到這個(gè)類啊，自己找去！

然后，就下推加載權(quán)利給擴(kuò)展類加載器這個(gè)兒子，結(jié)果擴(kuò)展類加載器找了半天，也沒找到自己負(fù)責(zé)的目錄中有這個(gè)類。

這時(shí)他很生氣，說：明明就是你應(yīng)用程序加載器自己負(fù)責(zé)的，你自己找去。

然后應(yīng)用程序類加載器在自己負(fù)責(zé)的范圍內(nèi)，比如就是你寫好的那個(gè)系統(tǒng)打包成的jar包吧，一下子發(fā)現(xiàn)，就在這里！然后就自己把這個(gè)類加載到內(nèi)存里去了。

這就是所謂的雙親委派模型：先找父親去加載，不行的話再由兒子來(lái)加載。

這樣的話，可以避免多層級(jí)的加載器結(jié)構(gòu)重復(fù)加載某些類。

最后，給大家來(lái)一張圖圖，感受一下類加載器的雙親委派模型。

6、昨日思考題的解答

好！今天的文章看完了，相信大家就能大致推測(cè)出昨日的思考題的答案了。

我昨天的問題是：如何對(duì)“.class”文件處理保證不被人拿到以后反編譯獲取公司源代碼？

其實(shí)認(rèn)真看完今天的文章，就很簡(jiǎn)單了。

首先你編譯時(shí)，就可以采用一些小工具對(duì)字節(jié)碼加密，或者做混淆等處理

現(xiàn)在有很多第三方公司，都是專門做商業(yè)級(jí)的字節(jié)碼文件加密的，所以可以付費(fèi)購(gòu)買他們的產(chǎn)品。

然后在類加載的時(shí)候，對(duì)加密的類，考慮采用自定義的類加載器來(lái)解密文件即可，這樣就可以保證你的源代碼不被人竊取。

7、今日思考題

今天再給大家留一個(gè)思考題，相信每個(gè)做Java的同學(xué)，都知道現(xiàn)在一般用Java開發(fā)的Web系統(tǒng)，除非是基于Java寫中間件，一般都是采用Tomcat之類的Web容器來(lái)部署的。

那么大家想想，Tomcat本身就是用Java寫的，他自己就是一個(gè)JVM。

我們寫好的那些系統(tǒng)程序，說白了，就是一堆編譯好的.class文件放入一個(gè)war包，然后在Tomcat中來(lái)運(yùn)行的。

那么，Tomcat的類加載機(jī)制應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)，才能把我們動(dòng)態(tài)部署進(jìn)去的war包中的類，加載到Tomcat自身運(yùn)行的JVM中，然后去執(zhí)行那些我們寫好的代碼呢？

大家先思考，明天文末會(huì)給大家進(jìn)行梳理并給出答案。

End

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