不止面试—jvm类加载面试题详解

面试题

带着问题学习是最高效的，本次咱们将尝试回答如下问题：

1. 什么是类的加载？
2. 哪些状况会触发类的加载？
3. 讲一下JVM加载一个类的过程
4. 何时会为变量分配内存？
5. JVM的类加载机制是什么？
6. 双亲委派机制能够打破吗？为何

答案放在文章的最后，来不及看原理也能够直接跳到最后直接看答案。

深刻原理

类的生命周期

类的生命周期相信你们已经耳熟能详，就像下面这样：

不过这东西老是背了就忘，忘了又背，就像马什么梅同样，对吧？

其实理解以后，基本上就不会再忘了。

加载

加载主要作三件事：

1. 找到类文件（经过类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流）
2. 放入方法区（将这个字节流所表明的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构）
3. 开个入口（生成一个表明此类的java.lang.Class对象，做为访问方法区这些数据结构的入口）

总的来说，这一步就是经过类加载器把类读入内存。须要注意的是，第三步虽然生成了对象，但并不在堆里，而是在方法区里。

链接

链接分为三步，通常面试都比较喜欢问准备这一步。

校验

顾名思义，检查Class文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求。

准备

这一步中将为静态变量和静态常量分配内存，并赋值。

须要注意的是，静态变量只会给默认值。好比下面这个：

public static int value = 123;

此时赋给value的值是0，不是123。

静态常量（static final修饰的）则会直接赋值。好比下面这个：

public static final int value = 123;

此时赋给value的值是123。

解析

解析阶段就是jvm将常量池的符号引用替换为直接引用。

恩......啥是常量池？啥是符号引用？啥是直接引用？

常量池咱们放在jvm内存结构里说。先来讲下什么是符号引用和直接引用。

符号引用和直接引用

假设有一个Worker类，包含了一个Car类的run()方法，像下面这样：

class Worker{
    ......
    public void gotoWork(){
        car.run(); //这段代码在Worker类中的二进制表示为符号引用        
    }
    ......
}

在解析阶段以前，Worker类并不知道car.run()这个方法内存的什么地方，因而只能用一个字符串来表示这个方法。该字符串包含了足够的信息，好比类的信息，方法名，方法参数等，以供实际使用时能够找到相应的位置。

这个字符串就被称为符号引用。

在解析阶段，jvm根据字符串的内容找到内存区域中相应的地址，而后把符号引用替换成直接指向目标的指针、句柄、偏移量等，这以后就能够直接使用了。

这些直接指向目标的指针、句柄、偏移量就被成为直接引用。

初始化

类的初始化的主要工做是为静态变量赋程序设定的初值。

还记得上面的静态变量吗：

public static int value = 123;

通过这一步，value的值终因而123了。

总结以下图：

类初始化的条件

Java虚拟机规范中严格规定了有且只有五种状况必须对类进行初始化：

1. 使用new字节码指令建立类的实例，或者使用getstatic、putstatic读取或设置一个静态字段的值（放入常量池中的常量除外），或者调用一个静态方法的时候，对应类必须进行过初始化。
2. 经过java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，若是类没有进行过初始化，则要首先进行初始化。
3. 当初始化一个类的时候，若是发现其父类没有进行过初始化，则首先触发父类初始化。
4. 当虚拟机启动时，用户须要指定一个主类（包含main()方法的类），虚拟机会首先初始化这个类。
5. 使用jdk1.7的动态语言支持时，若是一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、RE_invokeStatic的方法句柄，而且这个方法句柄对应的类没有进行初始化，则须要先触发其初始化。

除了以上这五种状况，其余任何状况都不会触发类的初始化。

好比下面这几种状况就不会触发类初始化：

1. 经过子类调用父类的静态字段。此时父类符合状况一，而子类不符合任何状况。因此只有父类被初始化。
2. 经过数组来引用类，不会触发类的初始化。由于new的是数组，而不是类。
3. 调用类的静态常量不会触发类的初始化，由于静态常量在编译阶段就会被存入调用类的常量池中，不会引用到定义常量的类。

类加载机制

类加载器

在上面我们曾经说到，加载阶段须要“经过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”。这件事情就是类加载器在作。

jvm自带三种类加载器，分别是：

1. 启动类加载器。
2. 扩展类加载器。
3. 应用程序类加载器

他们的继承关系以下图：

双亲委派

双亲委派机制工做过程以下：

1. 当前ClassLoader首先从本身已经加载的类中查询是否此类已经加载，若是已经加载则直接返回原来已经加载的类。每一个类加载器都有本身的加载缓存，当一个类被加载了之后就会放入缓存，等下次加载的时候就能够直接返回了。

2.  当前classLoader的缓存中没有找到被加载的类的时候，委托父类加载器去加载，父类加载器采用一样的策略，首先查看本身的缓存，而后委托父类的父类去加载，一直到bootstrp ClassLoader.

3.  当全部的父类加载器都没有加载的时候，再由当前的类加载器加载，并将其放入它本身的缓存中，以便下次有加载请求的时候直接返回。

为啥要搞这么复杂？本身处理很差吗？

双亲委派的优势以下：

1. 避免重复加载。当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。
2. 为了安全。避免核心类，好比String被替换。

打破双亲委派

“双亲委派”机制只是Java推荐的机制，并非强制的机制。

好比JDBC就打破了双亲委派机制。它经过Thread.currentThread().getContextClassLoader()获得线程上下文加载器来加载Driver实现类，从而打破了双亲委派机制。

至于为何，之后再说吧。

答案

如今，咱们能够回答文章开头提出的问题了。尽可能在理解的基础上回答，不须要死记硬背。

1. 什么是类的加载？

   JVM把经过类名得到类的二进制流以后，把类放入方法区，并建立入口对象的过程被称为类的加载。通过加载，类就被放到内存里了。

2. 哪些状况会触发类的初始化？

   类在5种状况下会被初始化：

   第一，假如这个类是入口类，他会被初始化。

   第二，使用new建立对象，或者调用类的静态变量，类会被初始化。不过静态常量不算。

   第三，经过反射获取类，类会被初始化

   第四，若是子类被初始化，他的父类也会被初始化。

   第五，使用jdk1.7的动态语言支持时，调用到静态句柄，也会被初始化。

3. 讲一下JVM加载一个类的过程

   同问题1。不过这里也能够问下面试官是否是想问类的生命周期。若是是问类的生命周期，能够回答有”加载、链接、初始化、使用、卸载“五个阶段，链接又能够分为”校验、准备、解析“三个阶段。

4. 何时会为变量分配内存？

   在准备阶段为静态变量分配内存。

5. JVM的类加载机制是什么？

   双亲委派机制，类加载器会先让本身的父类来加载，父类没法加载的话，才会本身来加载。

6. 双亲委派机制能够打破吗？为何

   能够打破，好比JDBC使用线程上下文加载器打破了双亲委派机制。缘由是JDBC只提供了接口，并无提供实现。这个问题能够再看下引用文献的内容。

引用文献

Java何时会触发类初始化及原理

Java 符号引用 与 直接引用

符号引用和直接引用

JVM中的直接引用和符号引用

面试题:JVM类加载机制详解（一）JVM类加载过程

深刻理解双亲委托机制

双亲委派模式破坏-JDBC