常见面试题之类加载器

谁践踏了优雅 2024-03-17 16:42 87阅读 0赞

### 1. 什么是类加载器，类加载器有哪些？ ###

要想理解类加载器的话，务必要先清楚对于一个`Java`文件，它从编译到执行的整个过程。

![在这里插入图片描述][9ba40a41142e45a38aca44f6bf2b515b.png_pic_center]

*  类加载器：用于装载字节码文件(`.class`文件)
 *  运行时数据区：用于分配存储空间
 *  执行引擎：执行字节码文件或本地方法
 *  垃圾回收器：用于对`JVM`中的垃圾内容进行回收

**类加载器**

`JVM`只会运行二进制文件，而类加载器（`ClassLoader`）的主要作用就是将**字节码文件加载到`JVM`中**，从而让`Java`程序能够启动起来。现有的类加载器基本上都是`java.lang.ClassLoader`的子类，该类的只要职责就是用于将指定的类找到或生成对应的字节码文件，同时类加载器还会负责加载程序所需要的资源。

**类加载器种类**

类加载器根据各自加载范围的不同，划分为四种类加载器：

*  **启动类加载器(`BootStrap ClassLoader`)：**
    
    该类并不继承`ClassLoader`类，其是由`C++`编写实现。用于加载\*\*`JAVA_HOME/jre/lib`\*\*目录下的类库。
 *  **扩展类加载器(`ExtClassLoader`)：**
    
    该类是`ClassLoader`的子类，主要加载\*\*`JAVA_HOME/jre/lib/ext`\*\*目录中的类库。
 *  **应用类加载器(`AppClassLoader`)：**
    
    该类是`ClassLoader`的子类，主要用于加载\*\*`classPath`\*\*下的类，也就是加载开发者自己编写的`Java`类。
 *  **自定义类加载器：**
    
    开发者自定义类继承`ClassLoader`，实现自定义类加载规则。

上述三种类加载器的层次结构如下如下：

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类加载器的体系并不是“继承”体系，而是**委派体系**，类加载器首先会到自己的`parent`中查找类或者资源，如果找不到才会到自己本地查找。类加载器的委托行为动机是为了避免相同的类被加载多次。

### 2. 什么是双亲委派模型？ ###

如果一个类加载器在接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试去加载这个类，而是把这个请求任务委托给父类加载器去完成，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就返回成功；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才由下一级去加载。

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### 3. `JVM`为什么采用双亲委派机制？ ###

（1）通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。

（2）为了安全，保证类库`API`不会被修改

在工程中新建`java.lang`包，接着在该包下新建`String`类，并定义`main`函数。

public class String {
        
    
        public static void main(String[] args) {
        
    
            System.out.println("demo info");
        }
    }

此时执行`main`函数，会出现异常，在类`java.lang.String`中找不到`main`方法。

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出现该信息是因为由双亲委派的机制，`java.lang.String`的在启动类加载器(`Bootstrap classLoader`)得到加载，因为在核心`jre`库中有其相同名字的类文件，但该类中并没有`main`方法。这样就能防止恶意篡改核心`API`库。

### 4. 说一下类装载的执行过程？ ###

类从加载到虚拟机中开始，直到卸载为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（`linking`）。

![在这里插入图片描述][b70d3cc8328f4251ae0d534ef2638627.png_pic_center]

**类加载过程详解**

1.加载

![在这里插入图片描述][7c9079a99c844f0e9152399707a6c8c6.png_pic_center]

*  通过类的全名，获取类的二进制数据流。
 *  解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构（`Java`类模型）
 *  创建`java.lang.Class`类的实例，表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口

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2.验证

![在这里插入图片描述][7e162ca237ad42b6a1b6523a9f8af114.png_pic_center]

**验证类是否符合`JVM`规范，安全性检查**

*  文件格式验证：是否符合`Class`文件的规范(2)元数据验证
    
     *  这个类是否有父类（除了`Object`这个类之外，其余的类都应该有父类）
     *  这个类是否继承（`extends`）了被`final`修饰过的类（被`final`修饰过的类表示类不能被继承）
     *  类中的字段、方法是否与父类产生矛盾。（被`final`修饰过的方法或字段是不能覆盖的）
 *  字节码验证
    
     *  主要的目的是通过对数据流和控制流的分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
 *  符号引用验证：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量

> 比如：`int i = 3;`  
> 字面量：3  
> 符号引用：`i`

3.准备

![在这里插入图片描述][f626311e03e24db3b8cdba6c9d2bea95.png_pic_center]

**为类变量分配内存并设置类变量初始值**

*  `static`变量，分配空间在准备阶段完成（设置默认值），赋值在初始化阶段完成
 *  `static`变量是`final`的基本类型，以及字符串常量，值已确定，赋值在准备阶段完成
 *  `static`变量是`final`的引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成

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4.解析

![在这里插入图片描述][9c2522978b3b419094704bea50bef597.png_pic_center]

**把类中的符号引用转换为直接引用**

比如：方法中调用了其他方法，方法名可以理解为符号引用，而直接引用就是使用指针直接指向方法。

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5.初始化

![在这里插入图片描述][9a3880684e344ae9ba70fae1a432921e.png_pic_center]

**对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作**

*  如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。
 *  如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。

6.使用

![在这里插入图片描述][0c0917fd4d6048f1a5e7d39a1b5b1398.png_pic_center]

`JVM`开始从入口方法开始执行用户的程序代码

*  调用静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法）
 *  使用`new`关键字为其创建对象实例

7.卸载

当用户程序代码执行完毕后，`JVM`便开始销毁创建的`Class`对象，最后负责运行的`JVM`也退出内存。

### 5. 面试现场 ###

##### 5.1 什么是类加载器，类加载器有哪些? #####

`JVM`只会运行二进制文件，而类加载器（`ClassLoader`）的主要作用就是将**字节码文件加载到`JVM`中**，从而让`Java`程序能够启动起来。

常见的类加载器有4个：

第一个是启动类加载器(`BootStrap ClassLoader`)：其是由`C++`编写实现。用于加载`JAVA_HOME/jre/lib`目录下的类库。

第二个是扩展类加载器(`ExtClassLoader`)：该类是`ClassLoader`的子类，主要加载`JAVA_HOME/jre/lib/ext`目录中的类库。

第三个是应用类加载器(`AppClassLoader`)：该类是`ClassLoader`的子类，主要用于加载`classPath`下的类，也就是加载开发者自己编写的`Java`类。

第四个是自定义类加载器：开发者自定义类继承`ClassLoader`，实现自定义类加载规则。

##### 5.2 说一下类装载的执行过程？ #####

1.加载：查找和导入`class`文件；

2.验证：保证加载类的准确性；

3.准备：为类变量分配内存并设置类变量初始值；

4.解析：把类中的符号引用转换为直接引用；

5.初始化：对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作；

6.使用：`JVM`开始从入口方法开始执行用户的程序代码；

7.卸载：当用户程序代码执行完毕后，`JVM`便开始销毁创建的`Class`对象，最后负责运行的`JVM`也退出内存。

##### 5.3 什么是双亲委派模型？ #####

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己尝试加载这个类，而是把这请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传说到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器返回自己无法完成这个加载请求（它的搜索返回中没有找到所需的类）时，子类加载器才会尝试自己去加载。

##### 5.4 `JVM`为什么采用双亲委派机制？ #####

主要有两个原因。

第一、通过双亲委派机制可以避免某一个类被重复加载，当父类已经加载后则无需重复加载，保证唯一性。

第二、为了安全，保证类库`API`不会被修改。

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