JVM类结构及加载过程

程序员文章站 2022-03-19 16:03:29

Java的每个类，在JVM中，都有一个对应的Klass类实例与之对应，存储类的元信息如：常量池、属性信息、方法信息。jvm中类结构klass InstanceKlass java类（非数组）普通的Java类在JVM中对应的是instanceKlass类的实例 InstanceMirrorKlass 用于表示java.lang.Class，Java代码中获取到的Class对象，实际上就是这个C++类的实例，存储在堆区，学名镜像类......

Java的每个类，在JVM中，都有一个对应的Klass类实例与之对应，存储类的元信息如：常量池、属性信息、方法信息。

jvm中类结构

klass

InstanceKlass java类（非数组）普通的Java类在JVM中对应的是instanceKlass类的实例

InstanceMirrorKlass

用于表示java.lang.Class，Java代码中获取到的Class对象，实际上就是这个C++类的实例，存储在堆区，学名镜像类

InstanceRefKlass

用于表示java/lang/ref/Reference类的子类

InstanceClassLoaderKlass

用于遍历某个加载器加载的类

ArrayKlass 动态数据类型，即是运行期生成的, Java数组的元信息用ArrayKlass的子类来表示

TypeArrayKlass

用于表示基本数据类型的数组 jvm中基本类型数组表现形式

ObjArrayKlass

用于表示引用类型的数组 jvm中引用类型数组表现形式

问题：类加载器将.class文件加载进系统，将.class文件解析，生成的是什么，类的元信息如何存储的？

答案：就是 InstanceKlass，元信息存储在InstanceKlass里

jvm中类结构验证

接下来我们需要用到HSDB。

如何使用HSDB？

进入到jdk的lib文件夹下，打开cmd，执行命令 java -cp sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB，会打开一个HSDB的图形化界面

跑一个不会停的项目，使用jps命令找出端口号，1272就是我现在跑的项目

JVM类结构及加载过程

打开HSDB ，file-》attach ，输入1272端口号确认。

报错：Exception in thread "Thread-1" java.lang.UnsatisfiedLinkError: Can't load library: C:\Program Files\Java\jre1.8.0_20\bin\sawindbg.dll

sawindbg.dll这个文件出错，去网上下载一个对应的版本，64位找64位的，32位找32位的。替换这个文件，重新运行HSDB，attach成功。

我这里保存了一份资源上传到csdn了，win10 64位：https://download.csdn.net/download/qq_39404258/13980337。

attach该进程端口号，然后tools-》class brower ，找到运行的类的内存地址

JVM类结构及加载过程

找到该地址后，然后tools-》inspector ，将内存地址放上去回车，就可以看到该类在jvm中就是一个instanceKlass。

而下面的 java_mirror就是java对象。

JVM类结构及加载过程

class和klass区别

class是java中的（java代码）

klass是jvm中的（c++代码）

接下里验证数组

比如我的demo是这样的：

public static void main(String[] args) {
   int[] arr1 = new int[1];
   Test1[] arr2 = new Test1[1];
}

使用HSDB查看main方法里面的堆栈

JVM类结构及加载过程

根据操作查看main的堆栈情况

JVM类结构及加载过程

我们看一下后两个内存地址是什么对象

第一条为TypeArrayKlass,即基本数据类型的数组

JVM类结构及加载过程

第二条为ObjArrayKlass，即引用类型数组

JVM类结构及加载过程

这也验证了jvm中数组的存在形式。

在idea中下载插件，jclasslib，可以看到字节码文件内容。

点击view-》show Bytecode with jclasslib查看字节码文件内容。

JVM类结构及加载过程

如我刚才的demo对应的字节码内容为：

JVM类结构及加载过程

通过查看jvm字节码手册可知，以上数组部分字节码的含义

JVM类结构及加载过程

而后面的数字10代表基本数据的类型

JVM类结构及加载过程

类加载过程

类加载过程分为这几部：

加载-》（验证-》准备-》解析）链接-》初始化-》使用-》卸载

加载阶段

加载：

1、通过类的全限定名获取存储该类的class文件

2、解析成运行时数据，即instanceKlass实例，存放在方法区

3、在堆区生成该类的Class对象，即instanceMirrorKlass实例

（通常来讲如果不使用，这个class只会在那，并没有被加载。而如果使用了肯定创建了实例）

从哪里获取

1、从压缩包中读取，如jar、war

2、从网络中获取，如Web Applet

3、动态生成，如动态代理、CGLIB

4、由其他文件生成，如JSP

5、从数据库读取

6、从加密文件中读取

何时加载

1、new、getstatic、putstatic、invokestatic

2、反射

3、初始化一个类的子类会去加载其父类

4、启动类（main函数所在类）

5、当使用jdk1.7动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果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初始化，则需要先出触发其初始化

当然也有一些例外：包装类、String、Thread属于预加载。

验证阶段

1、文件格式验证

2、元数据验证

3、字节码验证

4、符号引用验证

准备阶段

为静态变量分配内存、赋初值。

实例变量是在创建对象的时候完成赋值的，没有赋初值这一过程。

JVM类结构及加载过程

如果被final修饰，在编译的时候会给属性添加ConstantValue属性，准备阶段直接完成赋值，即没有赋初值这一步

如何查看常量池

进入到classes目录下执行命令

javap -verbose 全限定名

如： javap -verbose com.chuan.Test1

可以看到constant pool 也是常说的class文件常量池，可以理解为class文件的资源仓库。常量池（类常量池）就是类在编译后的class文件中的一部分

JVM类结构及加载过程

从这里可以看到，final修饰的已经有值了，而其他的都是在之后才赋的值。

常量池主要存放两大类常量：字面量（文本字符串、声明为final的常量值等）和符号引用（有三类：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符）

解析阶段

将常量池中的符号引用转为直接引用

解析后的信息存储在ConstantPoolCache类实例中

解析前常量池和解析后的常量池，一个是引用了一个字符串，一个是指向了内存地址

JVM类结构及加载过程

解析什么内容：

1、类或接口的解析

2、字段解析

3、方法解析

4、接口方法解析

何时解析：

1.加载阶段解析常量池的时候

2.在执行特定字节码之前进行解析。

初始化阶段

执行静态代码块，完成静态变量的赋值

静态字段、静态代码段，字节码层面会生成clinit方法

方法中语句的先后顺序与代码的编写顺序相关

之前在常量池中可以看到，a最终是a:I保存了下来，只赋了初值，接下来在clinit方法里生成了字节码文件，进行初始化操作。

JVM类结构及加载过程

后面使用和销毁就不作分析了。

来几个栗子

demo1：

public class Test_1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf(Test_1_B.str);
    }
}
class Test_1_A {
    public static String str = "A str";
    static {
        System.out.println("A Static Block");
    }
}
class Test_1_B extends Test_1_A {
    static {
        System.out.println("B Static Block");
    }
}

结果：

A Static Block

A str

分析：

因为调用Test_1_B.str，其实还是用到了A的属性，和B没关系，所以不加载B，就不会执行B的静态代码块。

demo2：

public class Test_2 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf(Test_2_B.str);
    }
}
class Test_2_A {
    static {
        System.out.println("A Static Block");
    }
}
class Test_2_B extends Test_2_A {
    public static String str = "B str";
    static {
        System.out.println("B Static Block");
    }
}

结果：

A Static Block

B Static Block

B str

分析：

因为调用的是B里面的属性，但子类加载父类一定加载，所以A的静态代码块也会执行。

demo3：

public class Test_3 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf(Test_3_B.str);
    }
}

class Test_3_A {
    public static String str = "A str";
    static {
        System.out.println("A Static Block");
    }
}

class Test_3_B extends Test_3_A {
    public static String str = "B str";
    static {
        System.out.println("B Static Block");
    }
}

结果：

A Static Block

B Static Block

B str

分析：子类有这个方法就调用子类自己的属性。

demo4：

public class Test_6 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Test_6_A.str);
    }
}

class Test_6_A {
    public static final String str = "A Str";
    static {
        System.out.println("Test_6_A Static Block");
    }
}

结果：

A Str

分析：str属性被final修饰，str的值存在了常量池，所以无需这个对象，即不会执行静态代码块。

demo5：

public class Test_7 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Test_7_A.uuid);
    }
}

class Test_7_A {
    public static final String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    static {
        System.out.println("Test_7_A Static Block");
    }
}

结果：

Test_7_A Static Block

89ee5c04-8146-4be0-b51f-3901391a2019

分析：因为uuid这个值是动态的，不能存在常量池中，所以需要加载A

本文地址：https://blog.csdn.net/qq_39404258/article/details/111976908

JVM类结构及加载过程

jvm中类结构

jvm中类结构验证

类加载过程

加载阶段

验证阶段

准备阶段

解析阶段

初始化阶段

来几个栗子

jvm虚拟机笔记<三> 类文件结构与类加载机制

038.[转] JVM启动过程与类加载

MVC项目结构搭建及单个类的实现学习笔记1

JVM类加载机制————2

别翻了，这篇文章绝对让你深刻理解java类的加载以及ClassLoader源码分析【JVM篇二】

JAVA-大白话探索JVM-类加载过程（二）

图解JVM类加载机制和双亲委派模型

JVM类加载机制，java类的加载时机

黑客老鸟讲逆向分析：什么是壳及壳的加载过程

【java基础】面试常见问题：类和对象，封装继承多态，final关键字，static关键字，类加载过程，双亲委派模型