【实战JVM】-基础篇-02-类的声明周期-加载器

3 类的生命周期
- 3.1 生命周期的概述
- 3.2 加载阶段
- - 3.2.1 查看内存中的对象
- 3.3 连接阶段
- - 3.3.1 验证阶段
  - - 3.3.1.1 验证是否符合jvm规范
    - 3.3.1.2 元信息验证
    - 3.3.1.3 验证语义
    - 3.3.1.4 符号引用验证
  - 3.3.2 准备阶段
  - 3.3.3 解析阶段
- 3.4 初始化阶段
- - 3.4.1 笔试题
  - 3.4.2 特殊情况
- 3.5 总结
4 类的加载器
- 4.1 类加载器的分类
- - 4.1.1 JDK8之前的分类
  - 4.1.2 使用Arthas查看类加载器-classloader
  - 4.1.3 C++启动类加载器BootstrapClassLoader
  - 4.1.4 Java中默认类加载器
  - - 4.1.4.1 扩展类加载器ExtClassLoader
    - 4.1.4.2 应用程序类加载器 AppClassLoader
    - 4.1.4.3 Arthas-classloader高级用法
- 4.2 类加载器的双亲委派机制
- - 4.2.1 Arthas查看类加载器父子关系
  - 4.2.2 面试
- 4.3 打破双亲委派机制
- - 4.3.1 自定义类加载器
  - - 4.3.1.1 Arthas展示类的详细信息
    - 4.3.1.2 正确的自定义类加载器
  - 4.3.2 线程上下文类加载器
  - - 4.3.2.1 SPI机制
    - 4.3.2.2 总结
  - 4.3.3 热部署
  - - 4.3.3.1 热更新注意事项
- 4.4 JDK8之后的类加载器

3 类的生命周期

3.1 生命周期的概述

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3.2 加载阶段

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3.2.1 查看内存中的对象

推荐使用JDK自带的hsdb工具查看Java虚拟机内部的内存信息。工具位于JDK安装目录下的lib文件夹的sa-jdi.jar中。

启动jvm项目的HsdbDemo

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使用jps展示当前所有的java进程及id

jps

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启动命令

D:\Software\software_with_code\idea\jdk\jdk1.8.0_381\lib>java -cp sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB

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输入我们要找的类的编号HsdbDemo：18648

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直接搜索HsdbDemo，因为我们只new了一次，自然只有一个对象。

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一句话概括：类加载器将类的信息加载到内存中，java虚拟机在方法区和堆区中各分配一个对象去保存这个信息，而我们需要操作的则是堆区中的对象，jdk8之后静态字段也是存在堆中的。

3.3 连接阶段

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3.3.1 验证阶段

3.3.1.1 验证是否符合jvm规范

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3.3.1.2 元信息验证

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3.3.1.3 验证语义

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3.3.1.4 符号引用验证

判断是否访问了其他类的private方法。

3.3.2 准备阶段

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value在准备阶段分配的值是默认值0，而赋值为1是初始化阶段做的事

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但是也有例外，如果是final修饰的基本数据类型，会在准备阶段直接将代码中的值进行赋值。

public static final int value=1;

3.3.3 解析阶段

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直接引用不在使用编号，而是直接使用内存中的地址进行访问具体的数据。

3.4 初始化阶段

初始化阶段会执行静态代码中的代码，并为静态变量赋值
初始化阶段会执行字节码文件中的clinit部分的字节码指令。

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如果颠倒一下顺序，那么输出则是1

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因为静态变量是在连接阶段的准备阶段完成默认初始化。然后再赋为2，再赋为1。

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3.4.1 笔试题

（1）

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构造代码块先于构造方法前执行

3.4.2 特殊情况

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直接访问父类的静态变量，不会触发子类的初始化。
子类的初始化clinit调用之前，会先调用父类的clinit初始化方法。
数组的创建不会导致数组中元素的类进行初始化。
- 是因为创建数组时是创建的数组的对象，而不是数组中元素的对象。所以数组中元素的类不会进行初始化。
如果一个变量用final修饰，并且其中的内容要执行指令才能得出结果，那么会在clinit方法中进行初始化。

3.5 总结

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4 类的加载器

类加载器是jvm提供给应用程序去实现获取类和接口字节码数据的技术。

负责在类加载过程中的字节码获取并且加载到内存这一部分。通过加载字节码数据放入内存转换成byte[]，接下来调用虚拟机底层的方法将byte[]转换成方法区和堆中的数据。

4.1 类加载器的分类

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俩下Shift是搜索
Ctrl+Alt+类是找当前类的所有实现

4.1.1 JDK8之前的分类

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引导类加载器 Bootstrap，加载属于JVM的一部分，由C++代码实现，负责加载<JAVA_HOME\>\jre\lib路径下的核心类库
扩展类加载器 ExtClassLoader，扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib\ext目录下的类库。
应用程序类加载器 AppClassLoader，应用程序类加载器负责加载 classpath环境变量所指定的类库，是用户自定义类的默认类加载器。

4.1.2 使用Arthas查看类加载器-classloader

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启动Hsdbdemo后打开arthas，在arthas工作目录中启动

java -jar arthas-boot.jar

进入Hsdbdemo

classloader

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4.1.3 C++启动类加载器BootstrapClassLoader

负责加载<JAVA_HOME\>\jre\lib路径下的核心类库

通过类名.class.getClassLoader来获取当前类的类加载器。

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添加java虚拟机参数D:/jvm/jar/classloader-test.jar是jar包地址

-Xbootclasspath/a:D:/jvm/jar/classloader-test.jar

4.1.4 Java中默认类加载器

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4.1.4.1 扩展类加载器ExtClassLoader

扩展类加载器 ExtClassLoader，扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib\ext目录下的类库。

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添加java虚拟机参数D:/jvm/jar/classloader-test.jar是jar包地址。

不仅需要jar包的地址，还需要原来ext的地址D:\Software\software_with_code\idea\jdk\jdk1.8.0_381\jre\lib\ext

-Djava.ext.dirs="D:\Software\software_with_code\idea\jdk\jdk1.8.0_381\jre\lib\ext;D:/jvm/jar/classloader-test.jar"

在windows中;是追加，linux和mac中:是追加，尽量用双引号引起俩，以免因为特殊字符报错。

4.1.4.2 应用程序类加载器 AppClassLoader

应用程序类加载器 AppClassLoader，应用程序类加载器负责加载 classpath环境变量所指定的类库，是用户自定义类的默认类加载器。既可以加载当前项目中创建的类，也可以加载maven依赖中包含的类。

4.1.4.3 Arthas-classloader高级用法

classloader -l

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查看当前所有的类加载器以及其哈希值

classloader -c hash值

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查看当前查询的类加载器加载的所有jar包

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4.2 类加载器的双亲委派机制

jvm中有多个类加载器，双亲委派机制的核心就是解决一个类到底由谁加载的问题。

双亲委派机制的作用：

保证类加载的安全性

通过双亲委派机制避免恶意代码替换JDK中的核心类库，比如Java.lang.String，确保核心类库的完整性和安全性。
避免重复加载

双亲委派机制可以避免同一个类被多次加载

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4.2.1 Arthas查看类加载器父子关系

classloader -t

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4.2.2 面试

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4.3 打破双亲委派机制

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4.3.1 自定义类加载器

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@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {if(name.startsWith("java.")){return super.loadClass(name);}byte[] data = loadClassData(name);return defineClass(name, data, 0, data.length);
}public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException {BreakClassLoader1 classLoader1 = new BreakClassLoader1();classLoader1.setBasePath("D:\\lib\\");Class<?> clazz1 = classLoader1.loadClass("com.itheima.my.A");BreakClassLoader1 classLoader2 = new BreakClassLoader1();classLoader2.setBasePath("D:\\lib\\");Class<?> clazz2 = classLoader2.loadClass("com.itheima.my.A");System.out.println(clazz1 == clazz2);Thread.currentThread().setContextClassLoader(classLoader1);System.out.println(Thread.currentThread().getContextClassLoader());System.in.read();}

重写loadClass方法，删除双亲委派机制，如果是java开头的jar包，就交给原先父类的loadClass，如果是自定义的，就自己直接加载。

自定义类加载器没指定双亲的话，默认双亲为应用程序类加载器

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4.3.1.1 Arthas展示类的详细信息

sc -d com.itheima.my.A

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因为刚刚用两个不同的类加载器加载com.itheima.my.A，自然得到两个不同的对象

4.3.1.2 正确的自定义类加载器

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4.3.2 线程上下文类加载器

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DriverManager类位于rt.jar包中，由启动类加载器加载。

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4.3.2.1 SPI机制

SPI全程Service Provider Interface，是JDK内置的一种服务提供发现的机制

需要在resources目录下新建META-INF/services目录，并且在这个目录下新建一个与上述接口的全限定名一致的文件java.sql.Driver的接口，在这个文件中写入接口的实现类的全限定名com.mysql.cj.jdbc.Driver。

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ServiceLoader这个类的源码如下：

public final class ServiceLoader<S> implements Iterable<S> {//扫描目录前缀private static final String PREFIX = "META-INF/services/";// 被加载的类或接口private final Class<S> service;// 用于定位、加载和实例化实现方实现的类的类加载器private final ClassLoader loader;// 上下文对象private final AccessControlContext acc;// 按照实例化的顺序缓存已经实例化的类private LinkedHashMap<String, S> providers = new LinkedHashMap<>();// 懒查找迭代器private java.util.ServiceLoader.LazyIterator lookupIterator;// 私有内部类，提供对所有的service的类的加载与实例化private class LazyIterator implements Iterator<S> {Class<S> service;ClassLoader loader;Enumeration<URL> configs = null;String nextName = null;//...private boolean hasNextService() {if (configs == null) {try {//获取目录下所有的类String fullName = PREFIX + service.getName();if (loader == null)configs = ClassLoader.getSystemResources(fullName);elseconfigs = loader.getResources(fullName);} catch (IOException x) {//...}//....}}private S nextService() {String cn = nextName;nextName = null;Class<?> c = null;try {//反射加载类c = Class.forName(cn, false, loader);} catch (ClassNotFoundException x) {}try {//实例化S p = service.cast(c.newInstance());//放进缓存providers.put(cn, p);return p;} catch (Throwable x) {//..}//..}}
}

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在线程中使用

Thread.currentThread().getContextClassLoader()

默认获得的是应用程序类加载器

4.3.2.2 总结

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所以说，打破双亲委派机制的唯一方法就是重写loadClass或者findClass方法。

4.3.3 热部署

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启动SpringbootClassfileApplication后，使用arthas进入，反编译出UserController

java -Dfile.encoding=UTF-8 -jar arthas-boot.jar

jad --source-only com.itheima.springbootclassfile.controller.UserController > "D:\Code\JavaCode\JVM\hot-replace\UserController.java"

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修改为

if (type.equals(UserType.REGULAR.getType())) {

编译成字节码文件，如果直接编译，则会因为找不到类加载器而报错，所以需要先找到UserController.java的类加载器，获取其哈希值。
```
sc -d com.itheima.springbootclassfile.controller.UserController
```

mc -c指定类加载器的哈希码 -d指定输出目录

mc -c 18b4aac2 "D:\Code\JavaCode\JVM\hot-replace\UserController.java" -d "D:\Code\JavaCode\JVM\hot-replace"

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通过retransform

retransform "D:\Code\JavaCode\JVM\hot-replace\com\itheima\springbootclassfile\controller\UserController.class"

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用jad查看热部署是否完成
发送http请求

说明热部署已经完成

4.3.3.1 热更新注意事项

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4.4 JDK8之后的类加载器

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应用类加载器和扩展类加载器都是继承关系从URLClassLoader变为BuiltinClassLoader，没有太大的区别。