Java高级之虚拟机加载机制的示例分析

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Jvm要加载的是二进制流，可以是.class文件形式，也可以是其他形式，按照它加载的标准来设计就不会有太大问题。

以下主要就机制和标准两个问题分析一番：

首先来Java类文件的加载机制 ，跟变量的加载机制类似，它先把Class文件加载入内存，再对数据进行验证、解析和初始化，最终形成虚拟机可以直接使用的Java类型。由于Java是采用JIT机制，所以加载时会比较慢，但优点也明显，具有高度灵活性，支持动态加载和动态连接。

接下来就讲讲类的加载过程：

一个类加载的基本过程是按照下面的顺序 来，但也有不严格按照这个顺序来的，也有打乱顺序来的，如动态加载就得先初始化再解析。

1、加载

由虚拟机自行决定，但也有由于下面的阶段要执行而执行上面阶段的情况。

这时虚拟机会做三件事：

第一、通过全限定名读取文件的二进制流；

第二、把文件里的静态方法和变量放到方法区中；

第三、生成一个对象放入堆中，作为访问入口。

注意第一条，仅是读取二进制流，没说具体从什么文件中读，也没说从哪里读，所以造就Java很强的扩展性，可以从Jar、Zip中，也可以从网络层、数据库层等 。

主要是对象和方法区的声明。

2、验证

确保二进制流符合虚拟机的要求， 不符合会报VerifyError。

第一、文件格式验证，是否有魔数，是否符合Java文件的要求；

第二、元数据验证，是否符合Java代码规范，如abstract类是否直接被实例化，普通类有无间接或直接父类Object等；第三、字节码验证，对数据流和控制流进行分析，保证不会做出危害虚拟机的行为，如 是否调用不存在的指令，是否把父类赋值给子类，是否把对象赋值给一个非此类型的对象等；

第四、符号引用验证，主要是类、变量、方法描述是否能找的到，如全限定名是否能找到该文件，是否具有可访问性等。

主要对内部结构的判定

3、准备

为类变量赋初值，通常为0值如静态变量，而不会为实例变量赋值。

4、解析

将常量池中的符号引用转化为直接引用的过程。这里说的符号引用指变量类型，直接引用指可以直接定位到对象的句柄。类、方法、字段、接口解析，根据全限定名获得相关对象，拿到它的类型，若无对所在类访问权会抛出IllegalAccessError，无字段NoSuchFieldError,无方法NoSuchMethodError，是类不是接口会抛出IncompatibleClassChangeError

5、初始化

根据程序要求加载类和必要的资源。有且仅有四种情况，需要主动初始化后才能执行接下来的操作 ，所以要先执行上面的四步。

第一、有new或static关键字的类，new生成对象，static静态加载，这两个很明显要执行初始化了；

第二、使用类有父类，这没办法了；

第三、反射类里的方法，那肯定要初始化了对不对；

第四、执行的主类，用main方法的类。其他被动初始化的情况不需要考虑。

小例子：

public class SuperClass {
static {
System.out.println(“SuperClass!!”);
}
public static int value = 1;
}
public class SubClass extends SuperClass {
static {
System.out.println(“SubClass!!”);
}
}
public class TestClassLoad {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(SubClass.value);
SuperClass superClass = new SubClass();
}
}
SuperClass!!
1
SubClass!!

执行结果说明一个问题： 子类调用父类变量的时候 ，子类没有初始化，因为 此时的代码关系跟子类无关 ；子类初始化的时候，父类也没有再初始化，因为 父类在当前方法体中已经初始化 过了。接口与父类的唯一区别在于， 接口初始化不会要求父接口，只有用到父接口才会初始化 ，同样的都会生成类构造器。

这个时候加载类构造器，会初始化类中所有变量，当然父类先于子类初始化

6、使用

加载完之后，该怎么样调用怎么样调用，绘图啊，计算啊等等

7、卸载

类不再被调用

两个类是否相等，主要在于第一使用同一个加载器加载，第二全限定名地址一致

为什么要提出上面的问题呢？接下来要讲讲虚拟机的一个加载机制。

在java虚拟机的角度来看，有两种类加载器，一种叫系统加载器（Bootstrap ClassLoader），一种叫自定义加载器（extends ClassLoader），这种呢又分为两个，一种叫应用加载器，一种叫扩展类加载器，一般默认为前者；而我们的应用程序加载主要由上面三个加载器相互配合完成的。三者的关系如Application–>Extension–>Bootsrap，双亲委派机制是指两两以组合的方式，子加载器先去调用父加载器的方法，没找到目标对象再去用子加载器

伪代码如下：

loadClass(String name,boolean resolve){
Class c=findLoadedClass()
if(c==null){
if(parent !=null)
c=parent.loadClass(name,false);
c=findBootstrapClassOrNull(name);
}catch(ClassNotFoundException e){ }
if(c==null)
c=findClass(name);
}

Java提倡我们去把自己调用类的逻辑写在findClass里，这样有助于双亲委派机制的正常使用。

破坏1、重写loadClass

破坏2、使用线程上下文加载器去让父加载器去调用子加载器的方法

破坏3、热加载 现在常用的做法是 自定义类加载器并 将原bug模块覆盖-OSGI

但由于自定义加载器之间的规则如果混乱，出现同时互相引用的问题，那么会最终找不到类，而出现线程死锁和内存泄露的问题。

关于热修复，也被称为插件，目前比较流行的有HotFix、Nuwa、DroidFix、AndFix等，这些框架均可以在github或其他地方找到，原理如上，方法多样，有覆盖的、有重定向的等等，通过配置、设置action等方式；而作为插件需要满足以下条件：

1、可以独立安装，但不可独立运行

2、具有向下兼容性，即可拓展性

3、只能运行在宿主程序中，而且可以被禁用、替换

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