jvm-第五節類加載器

# jvm-第五節類加載器

本篇知識點概況

1. 字節碼相關知識
   1. 字節碼的基礎知識，瞭解字節碼的概念，用途，特點
   2. 字節碼的分析工具使用
   3. class文件格式格式與詳解
   4. 字節碼的指令：基礎存儲運算指令，異常處理，裝箱拆箱，數組
   5. 熱點探測之jit與字節碼
2. 類加載與類加載器相關知識
   1. 一個類的生命週期
   2. jdk提供的三種類加載器
   3. 自定義類加載器
3. 問題：

字節碼相關知識

1.字節碼的基礎知識，瞭解字節碼的概念，用途，特點

1. 字節碼是一堆指令的集合，它具有平臺無關性，可以運行在任何支持jvm的平臺上；是Java程序在運行時的執行單元；它是一種中間形式的代碼，是源代碼和機器碼之間的橋樑

2.字節碼的分析工具使用

1. 以這個工具舉例，可以查看具體的指令，可以修改裏面的值，github地址https://github.com/ingokegel/jclasslib

3.class文件格式格式與詳解

2. class文件中各個部分的含義
   1. class文件裏是16進制的(一個字節佔8位，一個十六進制佔4位，所以cafebabe佔32位)，前四個字節0xCAFEBABE；作用是標識這是一個有效的class文件；
   2. 後面的 0000 0034表示版本；其中第五六個字節表示次版本號，第七八字節是主版本號（0034（16）=52（10））；Java 版本從45開始jdk1.1每發行一個大版本就加一
   3. 常量池 0010 表示常量的數量，常量池中常見的倆類常量，字面量以及符號引用，字面量一般是靜態常量，符號引用是類的全限定名字段名，方法名；
   4. 訪問標誌（Access Flags）：（瞭解）
      • 訪問標誌指示了類或者接口的訪問權限和屬性，如是否是public、final、abstract等。
      • 訪問標誌由兩個字節表示，使用特定的標誌位來表示不同的訪問屬性。
   5. 類索引、父類索引和接口索引（This Class, Super Class, Interfaces）：（瞭解）
      • 類索引指向當前類在常量池中的類描述符的常量項。
      • 父類索引指向當前類的直接父類在常量池中的類描述符的常量項。
      • 接口索引表存儲了當前類所實現的接口的索引，每個接口索引指向常量池中的接口描述符的常量項。
   6. 字段表（Fields）：（瞭解）
      • 字段表用於描述類或接口中定義的字段信息，包括字段的訪問標誌、名稱、描述符等。
      • 字段表中的每一項都包含了字段的相關信息，可以是類變量、實例變量或常量。
   7. 方法表（Methods）：（瞭解）
      • 方法表用於描述類或接口中定義的方法信息，包括方法的訪問標誌、名稱、描述符等。
      • 方法表中的每一項都包含了方法的相關信息，包括方法的參數列表、返回值類型、異常表等。
   8. 屬性表（Attributes）：（瞭解）
      • 屬性表用於存儲與類、字段或方法相關的附加信息，如註解、源文件信息、行號表等。
      • 屬性表包含了屬性的名稱、長度以及具體的屬性值。

4.字節碼的指令：基礎存儲運算指令，異常處理，裝箱拆箱，數組（瞭解）

1. 基礎存儲運算指令：包括將值加載到操作數棧上、從操作數棧上存儲值到變量中等操作。例如：
   • iload：將int類型的變量加載到操作數棧上
   • istore：將int類型的值存儲到變量中
2. 異常處理指令：用於處理異常情況，包括拋出異常和捕獲異常。例如：
   • athrow：拋出異常
   • try-catch：捕獲和處理異常
3. 裝箱拆箱指令：用於基本類型和對應的包裝類之間的轉換。例如：
   • invokestatic：調用靜態方法進行裝箱或拆箱
   • invokevirtual：調用包裝類的實例方法進行裝箱或拆箱
4. 數組指令：用於創建和操作數組。例如：
   • newarray：創建一個基本類型的數組
   • anewarray：創建一個引用類型的數組
   • arraylength：獲取數組的長度
   • iaload：將int類型的值加載到操作數棧上

5.熱點探測之jit與字節碼

1. java程序運行時主要就是執行字節碼指令，解釋執行時需要翻譯成機器碼，這個效率比較低，爲了提高效率就有了jit(just in time compiler);

2. 熱點代碼，比如for裏的代碼就會緩存起來，爲了下次用

3. 熱點探測：在 HotSpot 虛擬機中的熱點探測是 JIT 優化的條件，熱點探測是基於計數器的熱點探測，採用這種方法的虛擬機會爲每個方法建立計數器統計方法的執

   行次數，如果執行次數超過一定的閾值就認爲它是“熱點方法”

   虛擬機爲每個方法準備了兩類計數器：方法調用計數器（

   Invocation Counter）和回邊計數器（Back Edge Counter）。在確定虛擬機運行參數的前提下，這

   兩個計數器都有一個確定的閾值，當計數器超過閾值溢出了，就會觸發 JIT 編譯。

4. 方法調用計數器：用於統計方法被調用的次數，方法調用計數器的默認閾值在 C1 模式下是 1500 次，在 C2 模式在是 10000 次，可通過 -XX: CompileThreshold 來設定；

   而在分層編譯的情況下，-XX: CompileThreshold 指定的閾值將失效，此時將會根據當前待編譯的方法數以及編譯線程數來動態調整。當方法計數器和回邊

   計數器之和超過方法計數器閾值時，就會觸發 JIT 編譯器。

5. 回邊計數器：用於統計一個方法中循環體代碼執行的次數，在字節碼中遇到控制流向後跳轉的指令稱爲“回邊”（Back Edge），該值用於計算是否觸發 C1 編譯的閾值，

   在不開啓分層編譯的情況下，C1 默認爲 13995，C2 默認爲 10700，可通過 -XX: OnStackReplacePercentage=N 來設置；而在分層編譯的情況下，-XX:

   OnStackReplacePercentage 指定的閾值同樣會失效，此時將根據當前待編譯的方法數以及編譯線程數來動態調整。

   建立回邊計數器的主要目的是爲了觸發 OSR（On StackReplacement）編譯，即棧上編譯。在一些循環週期比較長的代碼段中，當循環達到回邊計數器閾值時，JVM 會認爲這段是熱點代碼，JIT 編譯器就會將這段代碼編譯成機器語言並緩存，在該循環時間段內，會直接將執行代碼替換，執行緩存的機器語

   言。

6.字節碼總結：都是一些需要了解的東西，在以後jvm調優，會用到

類加載與類加載器相關知識

1.一個類的生命週期

1. 一個類的生命週期：加載，驗證，準備，解析，初始化，使用，卸載
2. 這裏有個順序問題，解析的順序可能在初始化之後纔開始，爲了支持Java的動態綁定；
3. 加載的時機：
   1. 初次使用時
   2. 引用了類中的某個靜態屬性
   3. 反射調用
   4. 子類繼承時調用
4. 驗證：包括四種驗證，文件格式，元數據，字節碼，符號引用驗證，驗證重要但不是必要步驟，如果覺得沒必要可以通過參數關閉-Xverify:none
5. 準備：爲類中的static修飾的屬性賦初始值，這是賦值表
6. 解析:將符號引用替換成直接引用的過程
7. 初始化：
   1. 當遇到四個關鍵字 new getstatic putstatic 和invokestatic時就會觸發初始化
   2. 觸發反射時
   3. 觸發子類時，父類要初始化
   4. 當虛擬機啓動時，用戶需要指定一個要執行的主類（包含 main（）方法的那個類），虛擬機會先初始化這個主類
   5. 下面的案例子類調用父類的屬性時，子類和父類的加載情況和初始化情況，這塊建議看一下字節碼，看他是否加載了子類
8. 線程安全：由於一個類的初始化時一個一個線程來的，其他線程都阻塞，所以是線程安全的

2.jdk提供的三層類加載器

1. bootstrap classloader：加載核心類庫，任何加載行爲都要經過他，c++編寫，隨着jvm啓動；
2. extention classloader：主要加載lib/ext 下的jar和class文件，這是一個java類繼承了 urlClassLoader
3. application classloader：是默認的Java類加載器，加載classPath下的jar class文件，我們寫的代碼首先用這個加載器
4. custom classloader：自定義加載器，支持一些擴展，下面詳細說
5. 類加載器問題;對於任意一個類，同一個類加載器，同一個類，確定jvm中該類的唯一性，注意每一個類加載器有自己獨立的命名空間
6. 雙親委派機制：向上委託，向下加載，可以避免重複加載一個類

3.自定義類加載器tomcat

1. 先說結論， 如何解決tomcat通過war發佈服務違背雙親委派機制的問題?
   1. 將第三方依賴放入tomcat的公共目錄，由公共加載器加載就實現了共享，使用webappclassloader加載器加在web就先實現了每個web有自己獨立的類加載器，實現了隔離；
2. 爲什麼說tomcat通過war發佈服務是違背了雙親委派機制，因爲tomcat有一個webappclassloader，擁有加載web的優先權，這意味着當他需要加載類時會首先搜索自己的路徑（ 即WEB-INF/classes和WEB-INF/lib目錄 ）；
4. 如果一個jvm運行着倆個不同版本的web，是如何解決的呢？看下面的代碼

自定義類加載器-擴展

1. spi：service provider interface，是一套被第三方實現，擴展的api,他不是在編譯時檢查，而是在運行時加載，表現爲當我們寫一行代碼 class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"),不會報錯 ，詳細的解釋如下

   1. 在Java的SPI（Service Provider Interface）機制中，Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")並不需要引入對應的JAR文件來讓代碼編譯通過。這是因爲在SPI機制中，服務提供者的具體實現類是通過類路徑（Classpath）動態加載的，而不是在編譯時就確定的。

      當你調用Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")時，JVM會嘗試在類路徑上查找並加載com.mysql.jdbc.Driver類。如果找到了該類，JVM就會加載它並執行相應的靜態代碼塊。這時，com.mysql.jdbc.Driver類會向JVM註冊自己作爲MySQL數據庫的驅動程序。這樣，在後續的代碼中，你就可以使用java.sql.DriverManager類來獲取MySQL數據庫的連接。

      如果你在運行時沒有將MySQL驅動程序的JAR文件放在類路徑上，Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")會拋出ClassNotFoundException異常。但是，如果你確保MySQL驅動程序的JAR文件已經由其他方式加載（如通過Tomcat的公共庫目錄），那麼Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")就不會拋出異常，因爲類加載器已經能夠找到並加載了com.mysql.jdbc.Driver類。

      需要注意的是，最新的MySQL驅動已經遷移到了com.mysql.cj.jdbc.Driver類，而不再是com.mysql.jdbc.Driver。因此，如果你使用的是較新的MySQL驅動版本，應該使用Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver")來加載驅動類。

      總結來說，Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")不會在編譯時檢查類的存在與否，而是在運行時動態加載類。如果類路徑上存在對應的類，加載就會成功，否則會拋出ClassNotFoundException異常。

問題

1. 爲什麼要拆箱裝箱
2. integerCache
3. 雙親委派機制的原名： Parent Delegation Mode , 父級委託模型 這個名稱更貼切一些