面试题：JVM（二）

1. 面试题

简述 Java 类加载机制?（百度）
JVM类加载机制  （滴滴）
JVM中类加载机制，类加载过程，什么是双亲委派模型？ （腾讯）
JVM的类加载机制是什么？ （京东）

2. 类的加载过程（生命周期）

2.1 类的加载分几步？

Java 类加载过程?（苏宁）
描述一下 JVM 加载 Class 文件的原理机制?（国美）
JVM底层怎么加载class文件的？（蚂蚁金服）
类加载过程 （蚂蚁金服）
Java 类加载过程? （百度）
描述一下 JVM 加载 Class 文件的原理机制? （蚂蚁金服）
Java类加载过程  （美团）
描述一下JVM加载class文件的原理机制  （美团）
什么是类的加载？ （京东）
讲一下JVM加载一个类的过程 （京东）

 按照Java虚拟机规范，从class文件到加载到内存中的类，到类卸载出内存为止，它的整个生命周期包括如下7个阶段：

2.2 Loading（装载阶段）

过程一：类的装载
所谓装载，简而言之就是将Java类的字节码文件加载到机器内存中，并在内存中构建出Java类的原型——类模板对象。
 
装载完成的操作
装载阶段，简言之，查找并加载类的二进制数据，生成Class的实例。
在加载类时，Java虚拟机必须完成以下3件事情：

• 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

2.3 Linking（链接阶段）

链接中分为三个阶段：Verification（验证）、Preparation（准备）、Resolution（解析）

2.3.1 Verification（验证）

该阶段主要是保证加载的字节码是合法、合理并符合规范的。

2.3.2 Preparation（准备）

该阶段为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值

注意：
1. 这里不包含基本数据类型的字段用static final修饰的情况，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式赋值。
2. 注意这里不会为实例变量分配初始化，实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。
3. 在这个阶段并不会像初始化阶段中那样会有初始化或者代码被执行。

2.3.3 Resolution（解析）

所谓解析就是将符号引用转为直接引用，也就是得到类、字段、方法在内存中的指针或者偏移量。因此，可以说，如果直接引用存在，那么可以肯定系统中存在该类、方法或者字段。但只存在符号引用，不能确定系统中一定存在该结构。

2.4 Initialization（初始化阶段） 

该阶段为类的静态变量赋予正确的初始值（显示初始化）

类的初始化是类装载的最后一个阶段。如果前面的步骤都没有问题，那么表示类可以顺利装载到系统中。此时，类才会开始执行Java字节码。（即：到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码。）

类加载的时机 （百度）
Class的forName("Java.lang.String")和Class的getClassLoader()的loadClass("Java.lang.String")有什么区别？  （百度）
哪些情况会触发类的加载？ （京东）

类的加载 = 装载+链接（①②③）+初始化 

 2.5 类的Using（使用阶段）

开发人员可以在程序中访问和调用它的静态类成员信息（比如：静态字段、静态方法），或者使用new关键字为其创建对象实例。

2.6 类的UnLoading（卸载阶段） 

一个类何时结束生命周期，取决于代表它的Class对象何时结束生命周期。

3. 类的加载器

什么是类加载器，类加载器有哪些?（苏宁）
简单说说你了解的类加载器（拼多多）
类加载器都有哪些？（百度） 
类加载器有哪些？  （腾讯）
什么是类加载器，类加载器有哪些？（字节跳动） 

3.1 概述

类加载器是 JVM 执行类加载机制的前提。
 
ClassLoader的作用：
ClassLoader是Java的核心组件，所有的Class都是由ClassLoader进行加载的，ClassLoader负责通过各种方式将Class信息的二进制数据流读入JVM内部，转换为一个与目标类对应的java.lang.Class对象实例。然后交给Java虚拟机进行链接、初始化等操作。
 
因此，ClassLoader在整个装载阶段，只能影响到类的加载，而无法通过ClassLoader去改变类的链接和初始化行为。至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定。

通常类加载机制有三个基本特征：
 

• 双亲委派模型。但不是所有类加载都遵守这个模型，有的时候，启动类加载器所加载的类型，是可能要加载用户代码的，比如JDK内部的ServiceProvider/ServiceLoader机制，用户可以在标准API框架上，提供自己的实现，JDK也需要提供些默认的参考实现。例如，Java 中JNDI、JDBC、文件系统、Cipher等很多方面，都是利用的这种机制，这种情况就不会用双亲委派模型去加载，而是利用所谓的上下文加载器。
• 可见性。子类加载器可以访问父加载器加载的类型，但是反过来是不允许的。不然，因为缺少必要的隔离，我们就没有办法利用类加载器去实现容器的逻辑。
• 单一性。由于父加载器的类型对于子加载器是可见的，所以父加载器中加载过的类型，就不会在子加载器中重复加载。但是注意，类加载器“邻居”间，同一类型仍然可以被加载多次，因为互相并不可见。

 3.2 分类

JVM支持两种类型的类加载器，分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）。

启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

扩展类加载器（Extension ClassLoader）
应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）

用户自定义类加载器

 4. 双亲委派机制

双亲委派好处有哪些？（亚信）
类加载器双亲委派模型机制？（苏宁）
双亲委派机制 （蚂蚁金服）
双亲委派机制及使用原因 （蚂蚁金服）
类加载器的双亲委派模型是什么？ （蚂蚁金服）
双亲委派模型介绍一下  （小米）
讲一下双亲委派模型，以及其优点  （滴滴）
类加载器的双亲委派模型是什么？ （京东）

4.1 概述 

 1.定义
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，就成功返回。只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。
 
2.本质
规定了类加载的顺序是：引导类加载器先加载，若加载不到，由扩展类加载器加载，若还加载不到，才会由系统类加载器或自定义的类加载器进行加载。

4.2 优势与弊端

1.双亲委派机制优势

• 避免类的重复加载，确保一个类的全局唯一性

Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关系可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。

• 保护程序安全，防止核心API被随意篡改

 
 
2.双亲委托模式的弊端

检查类是否加载的委托过程是单向的，这个方式虽然从结构上说比较清晰，使各个ClassLoader的职责非常明确，但是同时会带来一个问题，即顶层的ClassLoader无法访问底层的ClassLoader所加载的类。 

4.3 破坏双亲委派机制

双亲委派机制可以打破吗？为什么 （京东）
可以打破双亲委派么，怎么打破。（拼多多）

可以，例如，JNDI通过引入线程上下文类加载器来加载SPI的代码，Tomcat的类加载器优先自行加载应用目录下的class而不是先委派给父加载器，以及OSGi实现模块化热部署（脚本语言动态刷新部署）时为每个模块都自定义了类加载器等。这些场景都出于特定的需求和考虑而打破了双亲委派机制。

打破双亲委派机制的方法通常涉及编写自定义类加载器，并覆盖其loadClass方法。

4.4 Tomcat类加载机制

什么是tomcat类加载机制？（猎聘）
请解释tomcat的类加载机制？（阿里） 

Tomcat的类加载机制是违反了双亲委托原则的，对于一些未加载的非基础类，各个web应用自己的类加载器(WebAppClassLoader)会优先查看自己的仓库加载，加载不到时再交给commonClassLoader走双亲委托。（Tomcat的类加载器优先自行加载应用目录下的class而不是先委派给父加载器）

5. 类加载结构的变化

当平台及应用程序类加载器收到类加载请求，在委派给父加载器加载前，要先判断该类是否能够归属到某一个系统模块中，如果可以找到这样的归属关系，就要优先委派给负责那个模块的加载器完成加载。