JVM（图片来源于网络，侵删）

【1】JVM概述

HotSpot VM 是目前市面上高性能虚拟机的代表作之一，它采用解析器与即时编译器并存的架构

JVM架构图如下👇

【2】JVM生命周期

虚拟机的启动

Java虚拟机的启动是通过引导类加载器（bootstrap class loader）创建一个初始类（initial class）来完成的，这个类是由虚拟机的具体实现指定的

虚拟机的执行

一个运行中的Java虚拟机有着一个清晰的任务：执行Java进程
程序开始执行时他才运行，程序结束时他就停止
执行一个所谓的Java进程的时候，真真正正在执行的是一个叫做Java虚拟机的进程

虚拟机的退出

退出有如下几种情况：
1）程序正常执行结束
2）程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
3）由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止
4）某线程调用Runtime类或System类的exit方法，或Runtime类的halt方法，并且Java安全管理器也允许这次exit或halt操作
5）除此之华，JNI（Java Native Interface）规范描述了用Invocation API来加载或卸载Java虚拟机时，Java虚拟机的退出情况

【3】内存结构

【4】类加载

整体架构

1）类加载器子系统负责从文件系统或网络中加载class文件，class文件的文件开头有特定的文件标识
2）ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定
3）加载的类信息存放于内存空间中的方法区。除了类信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息、字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是class文件中常量池部分的内存映射）

类的加载过程概述 1

1）class文件存放在磁盘中，可以理解为一个模板，加载class文件的过程就可以理解为根据磁盘中的模板在JVM中创建一个相同的实例
2）class文件加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，存放在方法区
3）在 class文件 -> JVM -> 元数据模板 的这个过程中，就是通过类加载器（Class Loader）来完成的

类的加载过程概述 2

类的加载过程一 （加载）

1）通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
2）将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3）在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

类的加载过程二 （链接）

1）验证（Verify）

• 确保class文件符合JVM虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全
• 主要包括四种验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证

2）准备（Prepare）

• 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值
• 这里不包含final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化
• 这里不会为示例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而示例变量是会随着对象一起分配到Java堆中

3）解析（Resolve）

• 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
• 事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行

类的加载过程三 （初始化）

• 初始化阶段就是执行类构造器方法 <clinit>() 的过程
• 此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来
• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行
• <clinit>()不同于类的构造器
• 若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕
• 虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁

类的加载器

整体架构图👇

引导类加载器：Bootstrap ClassLoader

• 该类使用 C / C++ 语言实现的，嵌套在JVM内部
• 用来加载Java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resource.jar、sun.boot.class.path路径下的内容等），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
• 加载扩展类和应用类加载器，并指定为他们的父类加载器
• 出于安全考虑，Bootstrap引导类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类

扩展类加载器：Bootstrap ClassLoader

• Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现
• 派生于ClassLoader类
• 父类加载器为引导类加载器
• 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，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，也会自动由扩展类加载器加载

应用类加载器：Bootstrap ClassLoader

• 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
• 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
• 是程序中的默认的类加载器，一般磊说，Java应用的类都是由它来完成加载
• 通过ClassLoader.getSystemClassLoader() 方法可以获取到该类加载器

自定义类加载器：Bootstrap ClassLoader

为什么要自定义类加载器？

• 隔离加载类
• 修改类加载的方式
• 扩展加载源
• 防止源码泄漏

关于ClassLoader

ClassLoader类是Java中的一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自该类（引导类加载器使用C/C++语言编写，并不在Java体系中，所以不会继承ClassLoader）

获取ClassLoader的方式

方式一：获取当前类的ClassLoader

• clazz.getClassLoader()

方式二：获取当前线程上下文的ClassLoader

• Thread.currentThread().getContextClassLoader()

方式三：获取系统的ClassLoader

• ClassLoader.getSystemClassLoader()

方式四：获取调用者的ClassLoader

• DriverManager.getCallerClassLoader()

双亲委派机制

架构图👇

工作原理：

• 1）如果一个类加载器收到了类加载的请求，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
• 2）如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归请求最终将达到顶层的引导类加载器
• 3）如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；如果父类加载器无法完成此加载任务，子类加载器才会尝试去加载，这就是双亲委派模式

优势：

• 1）避免类的重复加载
• 2）保护程序安全，防止核心API被随意篡改

示例👇

沙箱安全机制

自定义String类，但是在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载JDK自带的文件（rt.jar包中的javalangString.class），报错信息说没有main方法，就是因为加载的是rt.jar包中的String类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制

类的主动使用和被动使用

Java程序对类的使用方式分为：主动使用和被动使用
主动使用，又分为7种情况：

• 1）创建类的实例
• 2）访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
• 3）调用类的静态方法
• 4）反射
• 5）初始化一个类的子类
• 6）Java虚拟机启动时被标明为引导类的类
• 7）JDK7开始提供的动态语言支持

除了以上7种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化（该初始化是类的加载第三步）