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Java字節(jié)代碼的表現(xiàn)形式是字節(jié)數(shù)組(byte[])， 而Java類(lèi)在JVM中的表現(xiàn)形式是java. lang. Class類(lèi)的對(duì)象。 一個(gè)Java類(lèi)從字節(jié)代碼到能夠在JVM中被運(yùn)用， 需要經(jīng)過(guò)加載、鏈接和初始化這三個(gè)步驟。
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這三個(gè)步驟中， 對(duì)開(kāi)發(fā)人員直接可見(jiàn)的是Java類(lèi)的加載， 通過(guò)運(yùn)用Java類(lèi)加載器(class loader)可以在運(yùn)行時(shí)辰靜態(tài)的加載一個(gè)Java類(lèi);而鏈接和初始化則是在運(yùn)用Java類(lèi)之前會(huì)發(fā)生的舉措。 本文會(huì)詳細(xì)引見(jiàn)Java類(lèi)的加載、鏈接和初始化的進(jìn)程。
Java類(lèi)的加載
Java類(lèi)的加載是由類(lèi)加載器來(lái)完成的。 普通來(lái)說(shuō)， 類(lèi)加載器分成兩類(lèi)：?jiǎn)?dòng)類(lèi)加載器(bootstrap)和用戶自定義的類(lèi)加載器(user-defined)。 兩者的區(qū)別在于啟動(dòng)類(lèi)加載器是由JVM的原生代碼實(shí)現(xiàn)的， 而用戶自定義的類(lèi)加載器都繼承自Java中的java. lang. ClassLoader類(lèi)。 在用戶自定義類(lèi)加載器的部分， 普通JVM都會(huì)提供一些根本實(shí)現(xiàn)。 應(yīng)用順序的開(kāi)發(fā)人員也可以依據(jù)需要編寫(xiě)自己的類(lèi)加載器。 JVM中最常運(yùn)用的是零碎類(lèi)加載器(system)， 它用來(lái)啟動(dòng)Java應(yīng)用順序的加載。 通過(guò)java. lang. ClassLoader的getSystemClassLoader()方法可以獲取到該類(lèi)加載器對(duì)象。
類(lèi)加載器需要完成的最終功能是定義一個(gè)Java類(lèi)， 即把Java字節(jié)代碼轉(zhuǎn)換成JVM中的java. lang. Class類(lèi)的對(duì)象。 但是類(lèi)加載的進(jìn)程并不是這么簡(jiǎn)單。 Java類(lèi)加載器有兩個(gè)比較重要的特征：層次組織構(gòu)造和代理形式。 層次組織構(gòu)造指的是每個(gè)類(lèi)加載器都有一個(gè)父類(lèi)加載器， 通過(guò)getParent()方法可以獲取到。 類(lèi)加載器通過(guò)這種父親-后代的方式組織在一起， 構(gòu)成樹(shù)狀層次構(gòu)造。 代理形式則指的是一個(gè)類(lèi)加載器既可以自己完成Java類(lèi)的定義任務(wù)， 也可以代理給其它的類(lèi)加載器來(lái)完成。
由于代理形式的存在， 啟動(dòng)一個(gè)類(lèi)的加載進(jìn)程的類(lèi)加載器和最終定義這個(gè)類(lèi)的類(lèi)加載器能夠并不是一個(gè)。 前者稱(chēng)為初始類(lèi)加載器， 然后者稱(chēng)為定義類(lèi)加載器。 兩者的關(guān)聯(lián)在于：一個(gè)Java類(lèi)的定義類(lèi)加載器是該類(lèi)所導(dǎo)入的其它Java類(lèi)的初始類(lèi)加載器。 比方類(lèi)A通過(guò)import導(dǎo)入了類(lèi) B， 那么由類(lèi)A的定義類(lèi)加載器負(fù)責(zé)啟動(dòng)類(lèi)B的加載進(jìn)程。
普通的類(lèi)加載器在嘗試自己去加載某個(gè)Java類(lèi)之前， 會(huì)首先代理給其父類(lèi)加載器。 當(dāng)父類(lèi)加載器找不到的時(shí)候， 才會(huì)嘗試自己加載。 這個(gè)邏輯是封裝在java. lang. ClassLoader類(lèi)的loadClass()方法中的。 普通來(lái)說(shuō)， 父類(lèi)優(yōu)先的戰(zhàn)略就足夠好了。 在某些狀況下， 能夠需要采取相反的戰(zhàn)略， 即先嘗試自己加載， 找不到的時(shí)候再代理給父類(lèi)加載器。
這種做法在Java的Web容器中比較常見(jiàn)， 也是Servlet規(guī)范推薦的做法。 比方， Apache Tomcat為每個(gè)Web應(yīng)用都提供一個(gè)獨(dú)立的類(lèi)加載器， 運(yùn)用的就是自己優(yōu)先加載的戰(zhàn)略。 IBM WebSphere Application Server則允許Web應(yīng)用選擇類(lèi)加載器運(yùn)用的戰(zhàn)略。
類(lèi)加載器的一個(gè)重要用途是在JVM中為相同名稱(chēng)的Java類(lèi)創(chuàng)立隔離空間。 在JVM中， 判斷兩個(gè)類(lèi)是否相同， 不僅是依據(jù)該類(lèi)的二進(jìn)制名稱(chēng)， 還需要依據(jù)兩個(gè)類(lèi)的定義類(lèi)加載器。 只有兩者完全一樣， 才認(rèn)為兩個(gè)類(lèi)的是相同的。 因此， 即便是異樣的Java字節(jié)代碼， 被兩個(gè)不同的類(lèi)加載器定義之后， 所失掉的Java類(lèi)也是不同的。 假如試圖在兩個(gè)類(lèi)的對(duì)象之間停止賦值操作， 會(huì)拋出java. lang. ClassCastException。
這個(gè)特性為異樣名稱(chēng)的Java類(lèi)在JVM中共存創(chuàng)造了條件。 在實(shí)際的應(yīng)用中， 能夠會(huì)要求同一名稱(chēng)的Java類(lèi)的不同版本在JVM中可以同時(shí)存在。 通過(guò)類(lèi)加載器就可以滿足這種需求。 這種技術(shù)在OSGi中失掉了廣泛的應(yīng)用。
Java類(lèi)的鏈接
Java類(lèi)的鏈接指的是將Java類(lèi)的二進(jìn)制代碼合并到JVM的運(yùn)行狀態(tài)之中的進(jìn)程。 在鏈接之前， 這個(gè)類(lèi)必需被成功加載。 類(lèi)的鏈接包括驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析等幾個(gè)步驟。 驗(yàn)證是用來(lái)確保Java類(lèi)的二進(jìn)制表示在構(gòu)造上是完全正確的。 假如驗(yàn)證進(jìn)程出現(xiàn)錯(cuò)誤的話， 會(huì)拋出java. lang. VerifyError錯(cuò)誤。 準(zhǔn)備進(jìn)程則是創(chuàng)立Java類(lèi)中的靜態(tài)域， 并將這些域的值設(shè)為默許值。 準(zhǔn)備進(jìn)程并不會(huì)執(zhí)行代碼。
在一個(gè)Java類(lèi)中會(huì)包含對(duì)其它類(lèi)或接口的形式援用， 包括它的父類(lèi)、所實(shí)現(xiàn)的接口、方法的形式參數(shù)和前往值的Java類(lèi)等。 解析的進(jìn)程就是確保這些被援用的類(lèi)能被正確的找到。 解析的進(jìn)程能夠會(huì)導(dǎo)致其它的Java類(lèi)被加載。
不同的JVM實(shí)現(xiàn)能夠選擇不同的解析戰(zhàn)略。 一種做法是在鏈接的時(shí)候， 就遞歸的把所有依賴(lài)的形式援用都停止解析。 而另外的做規(guī)律能夠是只在一個(gè)形式援用真正需要的時(shí)候才停止解析。 也就是說(shuō)假如一個(gè)Java類(lèi)只是被援用了， 但是并沒(méi)有被真正用到， 那么這個(gè)類(lèi)有能夠就不會(huì)被解析。 思索上面的代碼：
- public class LinkTest . . . {
- public static void main(String[] args) . . . {
- ToBeLinked toBeLinked = null;
- System. out. println(Test link. );
- }
- }
類(lèi) LinkTest援用了類(lèi)ToBeLinked， 但是并沒(méi)有真正運(yùn)用它， 只是聲明了一個(gè)變量， 并沒(méi)有創(chuàng)立該類(lèi)的實(shí)例或是訪問(wèn)其中的靜態(tài)域。 在 Oracle的JDK 6中， 假如把編譯好的ToBeLinked的Java字節(jié)代碼刪除之后， 再運(yùn)行LinkTest， 順序不會(huì)拋出錯(cuò)誤。 這是由于ToBeLinked類(lèi)沒(méi)有被真正用到， 而Oracle的JDK 6所采用的鏈接戰(zhàn)略使得ToBeLinked類(lèi)不會(huì)被加載， 因此也不會(huì)發(fā)現(xiàn)ToBeLinked的Java字節(jié)代碼實(shí)際上是不存在的。 假如把代碼改成ToBeLinked toBeLinked = new ToBeLinked();之后， 再按照相同的方法運(yùn)行， 就會(huì)拋出異常了。 由于這個(gè)時(shí)候ToBeLinked這個(gè)類(lèi)被真正運(yùn)用到了， 會(huì)需要加載這個(gè)類(lèi)。
Java類(lèi)的初始化
當(dāng)一個(gè)Java類(lèi)第一次被真正運(yùn)用到的時(shí)候， JVM會(huì)停止該類(lèi)的初始化操作。 初始化進(jìn)程的主要操作是執(zhí)行靜態(tài)代碼塊和初始化靜態(tài)域。 在一個(gè)類(lèi)被初始化之前， 它的直接父類(lèi)也需要被初始化。 但是， 一個(gè)接口的初始化， 不會(huì)引起其父接口的初始化。 在初始化的時(shí)候， 會(huì)按照源代碼中從上到下的順序依次執(zhí)行靜態(tài)代碼塊和初始化靜態(tài)域。 思索上面的代碼：
- public class StaticTest . . . {
- public static int X = 10;
- public static void main(String[] args) . . . {
- System. out. println(Y); //輸入60
- }
- static . . . {
- X = 30;
- }
- public static int Y = X * 2;
- }
在上面的代碼中， 在初始化的時(shí)候， 靜態(tài)域的初始化和靜態(tài)代碼塊的執(zhí)行會(huì)從上到下依次執(zhí)行。 因此變量X的值首先初始化成10， 后來(lái)又被賦值成30;而變量Y的值則被初始化成60。
Java類(lèi)和接口的初始化只有在特定的機(jī)遇才會(huì)發(fā)生， 這些機(jī)遇包括：
創(chuàng)立一個(gè)Java類(lèi)的實(shí)例。 如：MyClass obj = new MyClass()
調(diào)用一個(gè)Java類(lèi)中的靜態(tài)方法。 如：MyClass. sayHello()
在頂層Java類(lèi)中執(zhí)行assert語(yǔ)句。
通過(guò)Java反射API也能夠形成類(lèi)和接口的初始化。 需要注意的是， 當(dāng)訪問(wèn)一個(gè)Java類(lèi)或接口中的靜態(tài)域的時(shí)候， 只有真正聲明這個(gè)域的類(lèi)或接口才會(huì)被初始化。 思索上面的代碼：
- class B . . . {
- static int value = 100;
- static . . . {
- System. out. println(Class B is initialized. ); //輸入
- }
- }
- class A extends B . . . {
- static . . . {
- System. out. println(Class A is initialized. ); //不會(huì)輸入
- }
- }
- public class InitTest . . . {
- public static void main(String[] args) . . . {
- }
創(chuàng)立自己的類(lèi)加載器
在 Java應(yīng)用開(kāi)發(fā)進(jìn)程中， 能夠會(huì)需要?jiǎng)?chuàng)立應(yīng)用自己的類(lèi)加載器。 典型的場(chǎng)景包括實(shí)現(xiàn)特定的Java字節(jié)代碼查找方式、對(duì)字節(jié)代碼停止加密/解密以及實(shí)現(xiàn)同名 Java類(lèi)的隔離等。 創(chuàng)立自己的類(lèi)加載器并不是一件復(fù)雜的事情， 只需要繼承自java. lang. ClassLoader類(lèi)并覆寫(xiě)對(duì)應(yīng)的方法即可。 java. lang. ClassLoader中提供的方法有不少， 上面引見(jiàn)幾個(gè)創(chuàng)立類(lèi)加載器時(shí)需要思索的：
- defineClass()：這個(gè)方法用來(lái)完成從Java字節(jié)代碼的字節(jié)數(shù)組到j(luò)ava. lang. Class的轉(zhuǎn)換。 這個(gè)方法是不能被覆寫(xiě)的， 普通是用原生代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
- findLoadedClass()：這個(gè)方法用來(lái)依據(jù)名稱(chēng)查找已經(jīng)加載過(guò)的Java類(lèi)。 一個(gè)類(lèi)加載器不會(huì)重復(fù)加載同一名稱(chēng)的類(lèi)。
- findClass()：這個(gè)方法用來(lái)依據(jù)名稱(chēng)查找并加載Java類(lèi)。
- loadClass()：這個(gè)方法用來(lái)依據(jù)名稱(chēng)加載Java類(lèi)。
- resolveClass()：這個(gè)方法用來(lái)鏈接一個(gè)Java類(lèi)。
這里比較 容易混淆的是findClass()方法和loadClass()方法的作用。 前面提到過(guò)， 在Java類(lèi)的鏈接進(jìn)程中， 會(huì)需要對(duì)Java類(lèi)停止解析， 而解析能夠會(huì)導(dǎo)致以后Java類(lèi)所援用的其它Java類(lèi)被加載。 在這個(gè)時(shí)候， JVM就是通過(guò)調(diào)用以后類(lèi)的定義類(lèi)加載器的loadClass()方法來(lái)加載其它類(lèi)的。 findClass()方規(guī)律是應(yīng)用創(chuàng)立的類(lèi)加載器的擴(kuò)展點(diǎn)。 應(yīng)用自己的類(lèi)加載器應(yīng)該覆寫(xiě)findClass()方法來(lái)添加自定義的類(lèi)加載邏輯。 loadClass()方法的默許實(shí)現(xiàn)會(huì)負(fù)責(zé)調(diào)用findClass()方法。
前面提到， 類(lèi)加載器的代理形式默許運(yùn)用的是父類(lèi)優(yōu)先的戰(zhàn)略。 這個(gè)戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)是封裝在loadClass()方法中的。 假如希望修改此戰(zhàn)略， 就需要覆寫(xiě)loadClass()方法。
上面的代碼給出了自定義的類(lèi)加載的常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)形式：
- public class MyClassLoader extends ClassLoader . . . {
- protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException . . . {
- byte[] b = null; //查找或生成Java類(lèi)的字節(jié)代碼
- return defineClass(name, b, 0, b. length);
- }
- }
希望通過(guò)以上關(guān)于java中類(lèi)的加載、鏈接和初始化三方面的介紹，能夠給你帶來(lái)幫助。
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