Java大厂高频面试题:讲一讲虚拟机类加载机制?

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型,这就是虚拟机的类加载机制。
类从被加载到虚拟机内存开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。

1.加载

"加载"是"类加载"这个过程的一个阶段,是 “类加载”过程中最先开始进行的操作,加载阶段,虚拟机需要完成三件事:
  1. 根据类的全限定名获取定义此类的二进制字节流;
  2. 将这个字节流代表的静态存储结构转换为方法区的运行时数据结构;
  3. 在方法区中为这个类生成一个java.lang.Class对象,作为方法区这个类的访问入口。

2.验证

验证是连接的第一步,这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害到虚拟机自身的安全。虚拟机如果不检查输入的字节流,对其完全信任的话,很可能会因为载入了有害字节流而导致系统崩溃。
(1)文件格式验证
检查字节流是否符合Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理:
  • 是否以魔数0XCAFEBABE开头。
  • 主、次版本号是否存在当前虚拟机处理范围内。
  • 常量池的常量是否有不被支持的常量类型。
  • ... ...
(2)元数据验证
对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求:
  • 这个类是否有父类。
  • 这个类的父类是否继承了不允许继承的类。
  • 如果这个类不是抽象类,是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法。
  • ... ...
(3)字节码验证
(4)符号引用验证

3.准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

4.解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

5.初始化

前面的类加载过程中,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java程序代码。
虚拟机规范严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”:
(1)遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是:使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段的时候、调用一个类的静态方法的时候。
(2)使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
(3)当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类初始化。
(4)当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的类),虚拟机会先初始化这个主类。
(5)当使用JDK1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发初始化。

6.类加载器双亲委派模型

从Java虚拟机的角度来说,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现(HotSpot虚拟机中),是虚拟机自身的一部分;另一种就是所有其他的类加载器,这些类加载器都有Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部继承自java.lang.ClassLoader。
从开发者的角度,类加载器可以细分为:
启动类加载器:负责将 Java_Home/lib下面的类库加载到内存中(比如rt.jar)。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节,开发者无法直接获取到启动类加载器的引用,所以不允许直接通过引用进行操作。
扩展类加载器:由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。它负责将Java_Home /lib/ext或者由系统变量 java.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。
应用程序类加载器:由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现的。它负责将系统类路径(CLASSPATH)中指定的类库加载到内存中。开发者可以直接使用这个类加载器。
除此之外,还有自定义的类加载器,它们之间的层次关系被称为类加载器的双亲委派模型。该模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应该有自己的父类加载器,而这种父子关系一般通过组合(Composition)关系来实现,而不是通过继承(Inheritance)。
双亲委派模型的工作原理是,如果一个类加载器收到了类加载请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去执行,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送到顶层的启动类加载器中,只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时,子加载器才会尝试自己去加载。
优势:
(1)采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系,通过这种层级关可以避免类的重复加载,当父亲已经加载了该类时,就没有必要子ClassLoader再加载一次。
(2)实现简单,逻辑清晰易懂。
#Java##学习路径#
全部评论
在方法区中为这个类生成一个java.lang.Class对象,作为方法区这个类的访问入口。在方法区生成对象吗?
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发布于 2021-03-23 23:55
感谢参与【创作者计划2期·技术干货场】!欢迎更多牛油来写干货,瓜分总计20000元奖励!!技术干货场活动链接:https://www.nowcoder.com/link/czz2jsghtlq(参与奖马克杯将于每周五结算,敬请期待~)
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发布于 2021-03-24 11:01
JVM经常被考察到的
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发布于 2021-03-29 22:13

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03-14 10:50
已编辑
门头沟学院 Java
鼠鼠华子无线实习,bg双九,通软岗位,论文,专利,竞赛都水过一点,秋招《非all in》选手,《泡池子泡到肿》选手,分享一下自己的时间线,给大家多一个参考。---实习末期,接口人电话沟通,最终决定求稳继续投递实习原部门---免机试,九月走完线下流程,开始入池---十月起开始保温,打听手中已拿offer,比较薪资,给出华子的预估职级和薪资(完全不给A的空间)---十月第二次保温,询问签约情况,各种暗示劝说留空白三方---十月底签约另一家公司,遂被降低优先级---十一月若干次常规保温信息(还有机会/稍晚一点/等这周。。。)---十二月告知部门有13的指标,愿意接受可以立刻发offer(难绷,妄图性...
蓦然回首一枝花:能体会楼主的心情,我投了华为无线的成研所,双9bg,被华子最后开了个13级的侮辱价 12.3打oc电话的时候接口人表示乐观等待就行,然后中间4周就开始不回消息或者拖四五天才回,翻来覆去就是“等审批结果”。 12月27号,我看应该是泡不出来了所以联系了部门流转,这时候接口人开始主动给我打电话告诉我马上就能出结果了,于是我也没继续流转。 12.31给我打电话说得降薪审批,薪资大概就是对应着13级的样子,但我当时因为投的是成都的,没有意识到薪资是按照上海开的,还以为这个薪资在成都是14级,加上那个时候我也“孝”劲上来了,想着能收我就行,于是答应了。 1.13开了出来,联系我了薪资,确认了下发现是13级,当时实在是接受不了,于是最终还是拒了。 拒的时候接口人告诉我说这个hc真的是他们争取了很久才争取到的,不过我一想到我12.3就打了oc电话,中间4周一直不搭理我或吊着我,最后12.31才告诉我争取不下来14级要降薪,也许争取真的要争取那么久吧,呵。 这个过程中也为华为拒了不少offer,大厂的、央企的、银行的都拒过,网上总说“华为没有发小奖状之前hr的话一个字都不要信”,当时没有放在心上,以为不会摊到我头上,现在来看当时也挺年轻气盛的。我感觉要不是中途我一直在烦hr,可能我就和楼主一样被泡死了吧,不过最后给开了个13级也和泡死没差,不过是被多侮辱了一次。 最后借楼主这个贴就只想跟后面的人提一个建议吧,还是那句说烂了的,“华为没有发小奖状之前hr的话一个字都不要信”,真的不要以为这样的情况不会出现在自己身上,不要拿自己的一辈子前途去送华为hr业绩。
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