p7付费课程笔记：jvm基础知识、字节码、类加载器-Toy模板网

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1.编程语言

演化

机器语言->编程语言->高级语言（java，c++,Go,Rust等）

面向过程–面向对象-面向函数

java是一种面向对象、静态类型、编译执行，有VM（虚拟机）/GC和运行时、跨平台的高级语言。重点：VM（虚拟机）/GC（Garbage Collector）和运行时、跨平台。
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跨平台步骤：字节码文件被虚拟机加载（类加载器）加载到内存中，转换成具体的对象
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2.字节码

结构

Java byteCode由单字节（byte）指令构成，理论上最多支持256个操作码（opcode）。实际上java只使用了200左右的操作码，其他留给了调试操作。

根据指令的性质大概分为四大类：

1.栈操作指令，包括与局部变量交互的指令，

2.程序流程指令，

3.对象操作指令，比如方法调用的指令，

4.算数运算以及类型转换的指令，

运行步骤：
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JVM是一个基于栈的计算机，每个线程都有独属于自己的线程栈（JVM Stack），用语存储栈帧。每次调用方法就会自动创建一个线程栈。栈帧是由操作数栈、局部变量表以及一个class引用组成，class引用中又包含着我们使用的常量池

操作demo：https://juejin.cn/post/7141206840456511496/

3.类加载器

类生命周期的七个步骤

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前五步是我们通常所说的类加载过程，其中2、3、4可以合在一起称为-链接：

1 找到class文件，读出来
2 验证格式，解析字段方法，所有符号转化为实际引用
3 类相关初始化

1.加载（Loading）：加载阶段是通过类加载器（ClassLoader）将类的字节码文件加载到JVM内存中。JVM通过类加载器找到类的二进制数据流，这个数据流是从硬盘上读取的。
2.验证（Verification）：在类加载后，JVM会对类的二进制数据流进行验证。这个阶段是为了确定类的二进制数据的正确性，包括类的语法是否正确等。
3.准备（Preparation）：在验证后，JVM为类的静态变量分配内存空间，并将其赋予默认值。例如对于boolean型变量，它的默认值是false；对于char型变量，它的默认值是0；对于int型变量，它的默认值是0等。
4.解析（Resolution）：这个阶段将类中的符号引用转换为直接引用。主要是针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符类符号引用进行。简单来说，符号引用就是指类、方法、字段的名称，而直接引用就是指具体的内存地址。
5.初始化（Initialization）：初始化阶段是类加载过程的最后一步。在这个阶段，JVM会执行类构造器方法 (static{}块) ，并且初始化静态变量。如果静态变量没有被显式初始化，那么它会被初始化为默认值。同时，如果该类还有父类的话，JVM会先初始化父类。
6.使用（Using）：一旦类被加载并初始化后，就可以被使用和创建对象了。
7.卸载（Unloading）：当类的Class对象不再被引用时，Class对象就结束了生命周期，类在方法区中的数据也会被卸载，从而结束类的生命周期。

类的加载时机

虚拟机规范中并没有强制约束何时进行加载，但是规范严格规定了有且只有下列五种情况必须对类进行初始化（加载、验证、准备都会随着发生）：

1.3.1 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则必须先触发其初始化。最常见的生成这 4 条指令的场景是：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（被 final 修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候；以及调用一个类的静态方法的时候。

1.3.2 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化。

1.3.3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的初始化。

1.3.4 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main() 方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类；

1.3.5 当使用 JDK.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为 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，则需要先触发其初始化；

以上 5 种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。被动引用的常见例子包括：

通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。

通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。该过程会对数组类进行初始化，数组类是一个由虚拟机自动生成的、直接继承自 Object 的子类，其中包含了数组的属性和方法。

常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化。

总结：显式，隐式隐式，子类父类，实现类和接口，反射，动态调用显式，main方法，new，静态字段和方法

4.类加载器和特点

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1.启动类加载器（BootstrapClass Loader)

这个类加载使用C/C++语言实现，嵌套在JVM内部

它用来加载JAVA的核心库(JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar,resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容),用于提供JVM自身需要的类

并不继承自Java.lang.ClassLoader,没有父加载器

加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为它们的父类加载器

出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java,javax,sun等开头的类

启动类加载器不像其他类加载器有实体，它是没有实体的，JVM将C++处理类加载的一套逻辑定义为启动类加载器。因此，启动类加载器是无法被Java程序调用的。

2.扩展类加载器（Extension Class Loader）

java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现

派生于ClassLoader类

父类加载器为启动类加载器

从Java.ext.dirs系统属性所指的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录(扩展目录)下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。

public static void main(String[] args) {
    ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();

    URLClassLoader urlClassLoader = (URLClassLoader) classLoader;

    URL[] urls = urlClassLoader.getURLs();
    for (URL url : urls) {
        System.out.println(url);
    }
}

3.应用程序加载器（系统类加载器，System Class Loader/App Class Loader)

java语言编写，由sun.misc.Launcher&AppClassLoader实现

派生于ClassLoader类

父类加载器为扩展类加载器

它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库

该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载

通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获得到该类加载器

public static void main(String[] args) {
    String[] urls = System.getProperty("java.class.path").split(":");

    for (String url : urls) {
        System.out.println(url);
    }

    System.out.println("================================");

    URLClassLoader classLoader = (URLClassLoader) ClassLoader.getSystemClassLoader();

    URL[] urls1 = classLoader.getURLs();
    for (URL url : urls1) {
        System.out.println(url);
    }
}

4.用户自定义类加载器

在Java的日常应用程序开发中，类加载几乎是由上述3种类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定义类加载器，来定制类的加载方式。

1、开发人员可以通过继承抽象类java.lang.classLoader类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求

2、在JDK2.0之前，在自定义类加载器时，总会去继承classLoader类并重写loadclass ()方法，从而实现自定义的类加载类，但是在JDK2.0之后已不再建议用户去覆盖loadclass ()方法，而是建议把自定义的类加载逻辑写在findclass ()方法中

3、在编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URLClassLoader类，这样就可以避免自己去编写findclass ()方法及其获取字节码流的方式，这样会让自定义类加载器编写更为简单一些。

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双亲委派(重点)

双亲委派机制的原理：

如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行。

如果父类的加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归请求最终达到顶层的启动类加载器。

如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派机制。

优点：

避免类的重复加载，确保一个类的全局唯一性

保护程序安全，防止核心API被随意篡改

缺点：

无法做到不委派,无法做到向下委派

在某些场景下双亲委派制过于局限，所以有时候必须打破双亲委派机制来达到目的。例如：SPI机制，这个SPI机制涉及到打破双亲委派机制，工作中没有涉及到就不细说了，感兴趣的同学可以自己研究下。

双亲委派在JVM中的实现代码：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        // 首先，去检查类是否已经被加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        // 如果类还未被加载
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // 获取父类加载器加载该类
                if (parent != null) {
                    // this 是AppClassLoader， this.parent是ExtClassLoader
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }

            if (c == null) {
                // If still not found, then invoke findClass in order
                // to find the class.
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        // 判断类是否被解析
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

这一期的课程大概就讲了这么多吧，说实话看完还是好多记不住和不理解，也是反复记忆并且查了好多资料才知道，所以不理解很正常，没有接触过就能一遍看懂的一般都是高级及以上了，慢慢看就可以了。看一点就是进步。

下期这明天写，大概是内存模型和JMM的相关知识，小伙伴可以先复习下，然后查漏补缺。