Java虚拟机工作原理

  首先我想从宏观上介绍一下Java虚拟机的工作原理。从最初的我们编写的Java源文件(.java文件)是如何一步步执行的,如下图所示,首先Java源文件经过前端编译器(javac或ECJ)将.java文件编译为Java字节码文件,然后JRE加载Java字节码文件,载入系统分配给JVM的内存区,然后执行引擎解释或编译类文件,再由即时编译器将字节码转化为机器码。主要介绍下图中的类加载器和运行时数据区两个部分。

Java虚拟机工作原理

类加载

  类加载指将类的字节码文件(.class)中的二进制数据读入内存,将其放在运行时数据区的方法区内,然后在堆上创建java.lang.Class对象,封装类在方法区内的数据结构。类加载的最终产品是位于堆中的类对象,类对象封装了类在方法区内的数据结构,并且向JAVA程序提供了访问方法区内数据结构的接口。如下是类加载器的层次关系图。

Java虚拟机工作原理

启动类加载器(BootstrapClassLoader):在JVM运行时被创建,负责加载存放在JDK安装目录下的jre\lib的类文件,或者被-Xbootclasspath参数指定的路径中,并且能被虚拟机识别的类库(如rt.jar,所有的java.*开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载)。启动类无法被JAVA程序直接引用。

扩展类加载器(Extension ClassLoader):该类加载器负责加载JDK安装目录下的\jre\lib\ext的类,或者由java.ext.dirs系统变量指定路径中的所有类库,开发者也可以直接使用扩展类加载器。

应用程序类加载器(AppClassLoader):负责加载用户类路径(Classpath)所指定的类,开发者可以直接使用该类加载器,如果应用程序中没有定义过自己的类加载器,该类加载器为默认的类加载器。

用户自定义类加载器(User ClassLoader):JVM自带的类加载器是从本地文件系统加载标准的java class文件,而自定义的类加载器可以做到在执行非置信代码之前,自动验证数字签名,动态地创建符合用户特定需要的定制化构建类,从特定的场所(数据库、网络中)取得java class。

注意如上的类加载器并不是通过继承的方式实现的,而是通过组合的方式实现的。而JAVA虚拟机的加载模式是一种委派模式,如上图中的1-7步所示。下层的加载器能够看到上层加载器中的类,反之则不行。类加载器可以加载类但是不能卸载类。说了一大堆,还是感觉需要拿点代码说事。

首先我们先定义自己的类加载器MyClassLoader,继承自ClassLoader,并覆盖了父类的findClass(String name)方法,如下:

Java虚拟机工作原理

public class MyClassLoader extends ClassLoader{ private String loaderName; //类加载器名称 private String path = ""; //加载类的路径 private final String fileType = ".class"; public MyClassLoader(String name){ super(); //应用类加载器为该类的父类 this.loaderName = name; } public MyClassLoader(ClassLoader parent,String name){ super(parent); this.loaderName = name; } public String getPath(){return this.path;} public void setPath(String path){this.path = path;} @Override public String toString(){return this.loaderName;} @Override public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException{ byte[] data = loaderClassData(name); return this.defineClass(name, data, 0, data.length); } //读取.class文件 private byte[] loaderClassData(String name){ InputStream is = null; byte[] data = null; ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); try { is = new FileInputStream(new File(path + name + fileType)); int c = 0; while(-1 != (c = is.read())){ baos.write(c); } data = baos.toByteArray(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } finally{ try { if(is != null) is.close(); if(baos != null) baos.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } return data; } }

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