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断尘居

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图解Java类加载器  

2011-09-28 17:54:02|  分类: JVM/ HotSpot |  标签: |举报 |字号 订阅

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           Java是介于编译型和解释型之间的编程语言,编译器将java源代码编译成中间层字节码文件(bytecode),由Java虚拟机(Java Virtual Machine)解释和执行之。Java体系结构可以表示如下:
Java类加载器图解 - 沉默 - 断尘居
由上图可知类加载器是JVM的一部分,主要作用是将字节码加载进入执行引擎,以供执行。当使用java A 的时候,java.exe被调用,从而根据%JAVA_HOME%\jre\lib\i386\jvm.cfg配置来选择激活jvm,启动之后初始化工作 完成之后便产生Bootstrap Loader加载器,它由C++编写。JVM中另外两个内置类加载器是ExtClassLoader和AppClassLoader,它们定义在 sun.misc.Launcher.class中,为内部类,且由Bootstrp Loader加载进入虚拟机。
   每个类加载器会根据预设的url来搜索.class文件并动态加载之。Bootstrap Loader的加载路径为sun.boot.class.path,表现为CLASS_PATH环境变量;ExtClassLoader加载路径为 java.ext.dirs,默认是%JAVA_HOME%\jre\lib\ext;AppClassLoader加载路径为 java.class.path,由执行java.exe时的-classpath或-cp参数指定;上述三个类加载器存在下图所示的继承关系:
Java类加载器图解 - 沉默 - 断尘居

 同时,上图还说明了类加载器在Java语言中发挥的很重要的2点作用:
   1、类加载器的委派模型:假设AppClassLoader需要加载一个类,它会首先委托其父加载器ExtClassLoader来加载此 类,ExtClassLoader也会递归性的委托其父加载器Bootstrap Loader来加载此类,如果Bootstrap Loader在sun.boot.class.path下找到被加载类时即加载,如果无法找到时再依次由子类加载器去加载。委派模型是针对Java安全而 设计的,这也印证了Java语言的设计初衷:面向网络的编程语言。
   2、由同一个类加载器所加载的类只能引用该加载器和其父加载器所加载的其他类。

   Java语言的的动态连接性:经编译后的.class文件对于JVM来说是一个独立的动态链接函数库,类似于Windows 操作系统下的动态联结函数库(Dynamic Linking Library)和Unix下的共享对象(Share Object)。动态连接特性使我们可以在Java程序被编译之后还能对源文件做修改,重新编译修改过的源文件且重启jvm即可更新被加载的.class 文件,在Tomcat之类的Web Container下实现的热部署(Hot Deployment)可以在不重启虚拟机的情况下更新.class文件。另,动态连接性可以显示的实现,有两种方法:1) Class clazz = Class.forName(); 2) 自定义类加载器,然后利用loadClass()加载.class; 上述两种方法可以在运行时动态加载.class文件。

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1、预先加载与依需求加载

Java 运行环境为了优化系统,提高程序的执行速度,在 JRE 运行的开始会将 Java 运行所需要的基本类采用预先加载( pre-loading )的方法全部加载要内存当中,因为这些单元在 Java 程序运行的过程当中经常要使用的,主要包括 JRE 的 rt.jar 文件里面所有的 .class 文件。

当 java.exe 虚拟机开始运行以后,它会找到安装在机器上的 JRE 环境,然后把控制权交给 JRE , JRE 的类加载器会将 lib 目录下的 rt.jar 基础类别文件库加载进内存,这些文件是 Java 程序执行所必须的,所以系统在开始就将这些文件加载,避免以后的多次 IO 操作,从而提高程序执行效率。

我们可以看到多个基础类被加载, java.lang.Object,java.io.Serializable 等等。



相对于预先加载,我们在程序中需要使用自己定义的类的时候就要使用依需求加载方法( load-on-demand ),就是在 Java 程序需要用到的时候再加载,以减少内存的消耗,因为 Java 语言的设计初衷就是面向嵌入式领域的。

在这里还有一点需要说明的是, JRE 的依需求加载究竟是在什么时候把类加载进入内部的呢?

我 们在定义一个类实例的时候,比如 TestClassA testClassA ,这个时候 testClassA 的值为 null ,也就是说还没有初始化,没有调用 TestClassA 的构造函数,只有当执行 testClassA = new TestClassA() 以后, JRE 才正真把 TestClassA 加载进来。

2. 隐式加载和显示加载

Java 的加载方式分为隐式加载( implicit )和显示加载( explicit ),上面的例子中就是用的隐式加载的方式。所谓隐式加载就是我们在程序中用 new 关键字来定义一个实例变量, JRE 在执行到 new 关键字的时候就会把对应的实例类加载进入内存。隐式加载的方法很常见,用的也很多, JRE 系统在后台自动的帮助用户加载,减少了用户的工作量,也增加了系统的安全性和程序的可读性。

相对于隐式加载的就是我们不经常用到的显示加载。所谓显示加载就是有程序员自己写程序把需要的类加载到内存当中


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