2021Java大厂面试题——大厂真题之携程-Java高级.pdf

### 2021年Java大厂面试题详解——大厂真题之携程-Java高级 #### 一、JVM加载Class文件的原理机制 在深入理解Java虚拟机(JVM)如何加载Class文件之前，我们需要明确一点：Java的所有类都需要通过类加载器加载到JVM中才能被执行。这个过程对开发者来说通常是透明的，但在一些特殊情况下，例如使用反射时，了解类加载的机制就变得非常重要。 **1. 类的动态加载** Java的类加载机制是动态的，这意味着它不会一开始就加载所有的类，而是在程序运行过程中按需加载。这样做的主要目的是为了节省内存资源，并提高程序的运行效率。类加载的过程大致可以分为以下几个阶段： - **装载(Load)**：在这个阶段，类加载器负责查找并导入Class文件。这个过程涉及到从文件系统中读取二进制流（即.class文件），将其转化为JVM可以理解的格式。 - **连接(Linking)**：连接过程包括验证(Verification)、准备(Preparation)和解析(Resolution)三个子阶段。验证阶段确保Class文件的数据符合JVM规范；准备阶段为类的静态变量分配内存并设置默认值；解析阶段则将符号引用转换为直接引用。 - **初始化(Initialization)**：在这个阶段，类的静态变量会被赋予初始值，并且执行类的静态初始化块。 **2. 类加载器与委托模型** Java中存在三种基本的类加载器： - **Bootstrap类加载器(Bootstrap ClassLoader)**：这是最顶层的类加载器，负责加载JRE核心类库，如`rt.jar`中的类。它没有父加载器。 - **Extension类加载器(Extension ClassLoader)**：负责加载扩展目录下的类库，默认情况下是`jre/lib/ext`目录下的类库。它的父加载器是Bootstrap类加载器。 - **Application类加载器(Application ClassLoader)**：也称为系统类加载器，负责加载用户应用程序的类库，通常是根据用户的CLASSPATH环境变量来查找类库。它的父加载器是Extension类加载器。 类加载器之间采用了一种名为“委托模型”的机制来进行协作。这种机制规定，当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先尝试将其父类加载器完成加载任务，只有当父类加载器无法完成加载时，才会尝试自己去加载。这样设计的目的是为了保证核心类库的安全性，并且可以有效地避免重复加载同一个类。 #### 二、类加载器的具体概念及类型 **1. 类加载器的定义** 类加载器是一个用于加载类文件的Java类。Java源代码经过编译后生成的`.class`文件包含了可执行的字节码。类加载器的作用是将这些类文件加载到JVM中，以便JVM能够执行其中的字节码。 **2. 默认的类加载器** Java提供了三种默认的类加载器： - **Bootstrap类加载器**：这是最高级别的类加载器，它负责加载核心类库(`rt.jar`)中的类，是所有其他类加载器的父加载器。由于它是用C++编写的，因此在Java代码中无法直接获取到它的实例。 - **Extension类加载器**：负责加载扩展类库，这些类库通常位于`jre/lib/ext`目录下。它首先会尝试让其父类加载器加载类，如果父类加载器无法加载，则会在扩展目录下查找类文件。 - **Application类加载器**：也称为系统类加载器，负责加载用户应用程序的类库，这些类库通常位于CLASSPATH环境变量所指定的位置。它是Extension类加载器的子加载器。 #### 三、Tomcat类加载机制 在Tomcat服务器中，类的加载方式与JVM的标准类加载机制有所不同。Tomcat采用了更加细粒度的类加载策略，以支持更复杂的Web应用程序部署。 **1. Tomcat中的类加载器** 当Tomcat启动时，会创建几种类加载器： - **Bootstrap引导类加载器**：加载JVM启动所需的类，以及标准扩展类（位于jre/lib/ext下）。 - **System系统类加载器**：加载Tomcat启动的类，比如bootstrap.jar等。 - **Common通用类加载器**：加载Tomcat使用以及应用通用的一些类，通常位于CATALINA_HOME/lib下，比如servlet-api.jar。 - **Webapp应用类加载器**：每个部署的应用都会有一个独立的类加载器，它负责加载位于WEB-INF/lib下的jar文件中的类和WEB-INF/classes下的类文件。 **2. 类的加载顺序** 当应用需要加载某个类时，Tomcat会按照以下顺序进行类加载： 1. 使用Bootstrap引导类加载器尝试加载。 2. 如果Bootstrap类加载器无法加载，则使用System系统类加载器尝试加载。 3. 如果System类加载器也无法加载，则使用Common通用类加载器尝试加载。 4. 如果Common类加载器也无法加载，则最终使用Webapp应用类加载器加载。 这样的设计确保了不同应用之间的类隔离，并且保证了核心类库的安全性。 通过对以上知识点的深入理解，可以帮助Java开发者更好地掌握JVM的类加载机制，从而在实际开发中避免一些常见的问题，并提高系统的稳定性和安全性。