Kolejny z serii artykuł o Class Loaderach. W dwóch poprzednich poznaliśmy podstawowe Class Loadery wbudowane w JVM oraz w jaki sposób możemy stworzyć własny Class Loader. Dziś na tapetę weźmiemy to co dzieje się pod spodem Class Loadera. Zapraszamy!
Fazy
Proces ładowania klas poprzez Class Loader podzielony jest na poniższe fazy:
Loading
Pierwszą fazą ładowania klasy jest Loading. Faza ta odpowiada za załadowanie binarnej reprezentacji pliku .class do pamięci JVM’a. Ładowane są tam takie dane jak nazwy referencji, informacje o metodach czy konstruktorach. Dla każdego pliku .class JVM tworzy nowy obiekt na heap’ie typu java.lang.class. Jest to obiekt reprezentujący załadowany obiekt. Nie jest to “prawdziwa” instancja obiektu załadowanej klasy tylko jego struktura. W naszym programie może istnieć wiele instancji danej klasy, ale klasa reprezentująca strukturę jest tylko jedna.
Ponadto podczas tej fazy występuje wstępna weryfikacja. Sprawdzana jest wtedy poprawność struktury pliku .class (dzieje się to również dla wszystkich klas powiązanych). Jeśli plik jest niepoprawny to wystąpi błąd typu ClassFormatError. Następnie sprawdzane jest czy numer wersji wygenerowanego pliku będzie pasował do aktualnej wersji JVM, jeśli nie to wystąpi błąd UnsupportedClassVersionError.
Po poprawnym stworzeniu obiektu i jego weryfikacji przechodzimy do fazy Linking.
Linking
Podobnie jak faza Loading, Linking jest bardzo złożoną fazą. Składa się ona z trzech podfaz: verifying, preparing oraz resolving. Zadaniem Loadingu jest weryfikacja poprawności językowej zawartej w pliku .class oraz ustawienie wartości domyślnych dla pól.
Verifying
Pierwszą podfazą fazy Linking jest weryfikacja (ang. verifying). Podczas tej fazy sprawdzana jest poprawność kodu bajtowego. Proces ten wykonywany jest przez weryfikator kodu bajtowego. Sprawdzane są tam między innymi informacje o tym czy nie wywołujemy metod prywatnych z innych klas, czy nie nadpisujemy finalnych klas. Jeśli podczas weryfikacji wystąpi błąd to otrzymamy VerifyError.
Warto wspomnieć o tym, iż proces weryfikacji jest procesem kosztownym w kontekście ładowania klas. Natomiast wykonanie tego sprawdzania pozwala na szybsze działanie naszej aplikacji w runtime, ponieważ żadna weryfikacja kodu bajtowego nie musi już zachodzić.
Preparing
Po sprawdzeniu poprawności struktury oraz zawartości pliku .class następuje faza przygotowania (ang. preparing). Podczas tej fazy przypisywane są wartości domyślne dla pól statycznych. Ponadto tworzone są tutaj struktury wymagane przez JVM do popranego działania jak tablice method.
Podczas fazy preparing nie jest wywoływany kod związany ze statycznymi initializatorami kodu. Wywołanie tego kodu odbywa się w ostatniej fazie czyli inicjalizacji.
Resolving
Faza resolving jest fazą opcjonalną. Podczas tej fazy sprawdzana jest poprawność danych przechowywanych w klasowym obszarze zwanym constant pool. W obszarze tym przetrzymywane są dane o referencjach do innych klas i interfejsów. Jeśli któraś z klas jest wymagana podczas ładowania to faza ta sprawdza czy referencje rzeczywiście istnieją i są poprawne.
Czasami zdarza się, iż chcemy załadować tylko klasę, a większość referencji będzie używanych potem. Przykładowo jeśli użycia znajdują się w metodach, które aktualnie nie są wywoływane. Wtedy ta faza jest opcjonalna dla tych niewymaganych referencji.
Initializing
Ostatnia faza to inicjalizacja.