Java与线程的实现,Java虚拟类加载机制的实现,划重点啦!(下)

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#楼主# 2019-11-6

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Java与线程

线程的实现
使用内核线程实现,直接由操作系统内核支持的线程,这种线程由内核完成切换。程序一般不会直接去使用内核线程,而是去使用内核线程的一种高级接口 —— 轻量级进程(LWP),轻量级进程就是我们通常意义上所讲的线程,每个轻量级进程都有一个内核级线程支持。
使用客户线程实现,广义上来说,只需不是内核线程就可以认为是客户线程,因而可以认为轻量级进程也属于客户线程。狭义上说是完全建立在客户空间的线程库上的并且内核系统不可感知的。
使用客户线程夹加轻量级进程混合实现,在这种混合实现下,即存在客户线程,也存在轻量级进程。客户线程还是完全建立在客户空间中,因而客户线程的创建、切换、析构等操作依然廉价,并且可以支持大规模的客户线程并发。而操作系统提供支持的轻量级进程则作为客户线程和内核线程之间的桥梁,这样可以使用内核提供的线程调度功能及处理器映射,并且客户线程的系统调用要通过轻量级进程来完成,大大降低了整个进程被完全阻塞的风险。
Java线程实现
平台不同实现方式不同,可以认为是一条 Java 线程映射到一条轻量级进程。
Java 线程调度
协同式线程调度,线程执行时间由线程自身控制,实现简单,切换线程自己可知,所以基本没有线程同步问题。坏处是执行时间不可控,容易阻塞。
抢占式线程调度,每个线程由系统来分配执行时间。
五种状态转换

  • 新建(new) 创建后尚未启动的线程。
  • 运行(Runable) Runable 包括了操作系统线程状态中的 Running 和 Ready,也就是出于此状态的线程有可能正在执行,也有可能正在等待 CPU 为他分配时间。
  • 无限期等待(Waiting) 出于这种状态的线程不会被 CPU 分配时间,它们要等其他线程显示的唤醒。
  • 限期等待(Timed Waiting) 处于这种状态的线程也不会分配时间,不过无需等待配其他线程显示地唤醒,在一定时间后他们会由系统自动唤醒。
  • 阻塞(Blocked) 线程被阻塞了,“阻塞状态”和“等待状态”的区别是:“阻塞状态”在等待着获取一个排他锁,这个时间将在另外一个线程放弃这个锁的时候发生;而“等待状态”则是在等待一段时间,或者唤醒动作的发生。在程序等待进入同步区域的时候,线程将进入这种状态。
  • 结束(Terminated) 已终止线程的线程状态。
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虚拟机类加载机制

在 Java 语言中,类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。
类加载时机
类的生命周期( 7 个阶段)
其中加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的。解析阶段可以在初始化之后再开始(运行时绑定或动态绑定或晚期绑定)。
以下五种情况必需对类进行初始化(而加载、验证、准备自然需要在此之前完成):

  • 遇到 new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 这 4 条字节码指令时没初始化触发初始化。使用场景:使用 new 关键字实例化对象、读取一个类的静态字段(被 final 修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)、调用一个类的静态方法。
  • 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候。
  • 当初始化一个类的时候,假如发现其父类还没有进行初始化,则需先触发其父类的初始化。
  • 当虚拟机启动时,客户需指定一个要加载的主类(包含 main() 方法的那个类),虚拟机会先初始化这个主类。
  • 当使用 JDK 1.7 的动态语言支持时,假如一个 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过初始化,则需先触发其初始化。
前面的五种方式是对一个类的主动引用,除此之外,所有引用类的方法都不会触发初始化,佳作被动引用。举几个例子~
public class SuperClass {
static {
System.out.println("SuperClass init!");
}
public static int value = 1127;
}
public class SubClass extends SuperClass {
static {
System.out.println("SubClass init!");
}
}
public class ConstClass {
static {
System.out.println("ConstClass init!");
}
public static final String HELLOWORLD = "hello world!"
}
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(SubClass.value);
/**
* output : SuperClass init!
*
* 通过子类引用父类的静态对象不会导致子类的初始化
* 只有直接定义这个字段的类才会被初始化
*/
SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
/**
* output :
*
* 通过数组定义来引用类不会触发此类的初始化
* 虚拟机在运行时动态创建了一个数组类
*/
System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
/**
* output :
*
* 常量在编译阶段会存入调用类的常量池当中,本质上并没有直接引用到定义类常量的类,
* 因而不会触发定义常量的类的初始化。
* “hello world” 在编译期常量传播优化时已经存储到 NotInitialization 常量池中了。
*/
}
}
类的加载过程
加载

  • 通过一个类的全限定名来获取定义次类的二进制流(ZIP 包、网络、运算生成、JSP 生成、数据库读取)。
  • 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
  • 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象,作为方法去这个类的各种数据的访问入口。
数组类的特殊性:数组类本身不通过类加载器创建,它是由 Java 虚拟机直接创建的。但数组类与类加载器仍然有很密切的关系,因为数组类的元素类型最终是要靠类加载器去创建的,数组创建过程如下:

  • 假如数组的组件类型是引用类型,那就递归采用类加载加载。
  • 假如数组的组件类型不是引用类型,Java 虚拟机会把数组标记为引导类加载器关联。
  • 数组类的可见性与他的组件类型的可见性一致,假如组件类型不是引用类型,那数组类的可见性将默认为 public。
内存中实例的 java.lang.Class 对象存在方法区中。作为程序访问方法区中这些类型数据的外部接口。
加载阶段与连接阶段的部分内容是交叉进行的,但是开始时间保持先后顺序。
验证
文件格式验证

  • 是否以魔数 0xCAFEBABE 开头
  • 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内
  • 常量池的常量是否有不被支持常量的类型(检查常量 tag 标志)
  • 指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量
  • CONSTANT_Utf8_info 型的常量中是否有不符合 UTF8 编码的数据
  • Class 文件中各个部分集文件本身是否有被删除的附加的其他信息
  • ……
只有通过这个阶段的验证后,字节流才会进入内存的方法区进行存储,所以后面 3 个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的,不再直接操作字节流。
元数据验证

  • 这个类是否有父类(除 java.lang.Object 之外)
  • 这个类的父类是否继承了不允许被继承的类(final 修饰的类)
  • 假如这个类不是抽象类,是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法
  • 类中的字段、方法是否与父类产生矛盾(覆盖父类 final 字段、出现不符合规范的重载)
这一阶段主要是对类的元数据信息进行语义校验,保证不存在不符合 Java 语言规范的元数据信息。
字节码验证

  • 保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都鞥配合工作(不会出现按照 long 类型读一个 int 型数据)
  • 保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上
  • 保证方法体中的类型转换是有效的(子类对象赋值给父类数据类型是安全的,反过来不合法的)
  • ……
这是整个验证过程中最复杂的一个阶段,主要目的是通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。这个阶段对类的方法体进行校验分析,保证校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件。
符号引用验证

  • 符号引用中通过字符创描述的全限定名是否能找到对应的类
  • 在指定类中是否存在符方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段
  • 符号引用中的类、字段、方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问
  • ……
最后一个阶段的校验发生在迅疾将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将在连接的第三阶段——解析阶段中发生。符号引用验证可以看做是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验,还有以上提及的内容。
符号引用的目的是确保解析动作能正常执行,假如无法通过符号引用验证将抛出一个 java.lang.IncompatibleClass.ChangeError 异常的子类。如 java.lang.IllegalAccessError、java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchMethodError 等。
最后

小编为大家准备了一套资料,有需要的可以找我哦~
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