जेवीएम इंटर्नल्स, भाग 1 - कक्षा लोडर

लेख का अनुवाद विशेष रूप से जावा डेवलपर पाठ्यक्रम के छात्रों के लिए तैयार किया गया था।

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लेखों की इस श्रृंखला में, मैं जावा वर्चुअल मशीन के काम करने के तरीके के बारे में बात करूँगा। आज हम JVM में लोडिंग कक्षाओं के लिए तंत्र को देखते हैं।

जावा वर्चुअल मशीन जावा प्रौद्योगिकी पारिस्थितिकी तंत्र के केंद्र में है। यह जावा प्रोग्राम के लिए "हर जगह एक बार लिखने वाले सिद्धांत" को लागू करने के लिए संभव बनाता है। अन्य आभासी मशीनों की तरह, जेवीएम एक अमूर्त कंप्यूटर है। जेवीएम का मुख्य कार्य क्लास की फाइलों को लोड करना और उनमें निहित बाइटकोड को निष्पादित करना है।

JVM में विभिन्न घटक शामिल होते हैं, जैसे कि क्लास लोडर , गारबेज कलेक्टर (स्वचालित मेमोरी प्रबंधन), एक दुभाषिया, एक JIT संकलक और प्रवाह नियंत्रण घटक। इस लेख में, हम क्लास लोडर को देखेंगे।

क्लास लोडर आपके एप्लिकेशन और जावा एपीआई दोनों के लिए क्लास फाइल लोड करता है। केवल उन्हीं जावा एपीआई क्लास फाइलों को जिन्हें प्रोग्राम को चलाने के दौरान वर्चुअल मशीन में लोड किया जाता है।

बाइट कोड को निष्पादन इंजन द्वारा निष्पादित किया जाता है।

क्लास लोडिंग क्या है?

क्लास लोडिंग प्रोग्राम के निष्पादन के दौरान गतिशील रूप से प्रकारों (कक्षाओं और इंटरफेस) की खोज और लोडिंग है। टाइप डेटा बाइनरी क्लास फाइलों में है।

कक्षा लोडिंग चरण

क्लास लोडर सबसिस्टम केवल बाइनरी क्लास डेटा को खोजने और आयात करने के लिए जिम्मेदार नहीं है। यह आयातित कक्षाओं का सत्यापन भी करता है, वर्ग चर के लिए स्मृति को आवंटित और आवंटित करता है, और प्रतीकात्मक लिंक को हल करने में मदद करता है। ये कार्य निम्नलिखित क्रम में किए जाते हैं:

• Loading - बाइनरी डेटा को उसके नाम से एक प्रकार के लिए खोज और आयात करना, इस बाइनरी प्रतिनिधित्व से एक वर्ग या इंटरफ़ेस बनाना।
• लिंकिंग (लिंकिंग) - सत्यापन, तैयारी और वैकल्पिक रूप से, अनुमति:
  
  • सत्यापन - आयातित प्रकार की शुद्धता का सत्यापन।
  • तैयारी - स्थिर वर्ग चर के लिए स्मृति आवंटित करना और डिफ़ॉल्ट मानों के साथ स्मृति को प्रारंभ करना।
  • रिज़ॉल्यूशन - प्रतीकात्मक प्रकार लिंक को सीधे लिंक में बदलें।
• आरम्भिकरण जावा कोड की एक कॉल है जो वर्ग चर को उनके सही प्रारंभिक मानों के साथ आरंभ करता है।

नोट - लोडिंग कक्षाओं के अतिरिक्त, क्लास लोडर, संसाधनों को खोजने के लिए भी जिम्मेदार है। एक संसाधन कुछ डेटा है (उदाहरण के लिए, एक ".class" फ़ाइल, कॉन्फ़िगरेशन डेटा, चित्र) जो एक "/" वर्ण द्वारा अलग किए गए सार पथ का उपयोग करके पहचाना जाता है। आमतौर पर संसाधनों को एक एप्लिकेशन या लाइब्रेरी के साथ पैक किया जाता है ताकि उनका उपयोग एप्लिकेशन या लाइब्रेरी कोड में किया जा सके।

जावा में कक्षा लोडिंग तंत्र

अनुवादक के नोट - इस खंड में जावा 9 के लिए व्यवहार का वर्णन किया गया है, जावा 9+ में छोटे बदलाव हुए हैं, जो नीचे वर्णित हैं।

जावा वर्ग लोडिंग प्रतिनिधि मॉडल का उपयोग करता है। मूल विचार यह है कि प्रत्येक वर्ग लोडर में एक "मूल" लोडर है। जब कोई क्लास लोड हो रही होती है , तो लोडर "डेलिगेट्स" को क्लास में सर्च करने से पहले उसके पैरेंट को "डेलिगेट" करता है।

क्लास लोडर डेलिगेशन मॉडल लोडरों का एक ग्राफ है जो एक दूसरे के लिए लोड अनुरोधों को पास करता है। इस ग्राफ का मूल बूटस्ट्रैप बूटलोडर है। कक्षा लोडर एक अभिभावक के साथ बनाए जाते हैं, जिन्हें वे लोड सौंप सकते हैं, और निम्न स्थानों में कक्षा की खोज कर सकते हैं:

• कैश
• जनक
• बूटलोडर ही

वर्ग लोडर पहले यह देखने के लिए जांच करता है कि क्या उसने पहले कक्षा को लोड किया है। यदि ऐसा है, तो पिछली बार लौटाए गए उसी वर्ग को वापस लौटा दिया जाता है (वर्ग कैश में संग्रहीत)। यदि नहीं, तो माता-पिता को कक्षा लोड करने का अवसर दिया जाता है। इन दो चरणों को पुनरावृत्ति गहराई से दोहराया जाता है। यदि अभिभावक अशक्त लौटता है (या एक ClassNotFoundException को फेंकता है), तो लोडर अपने दम पर कक्षा की खोज करता है।

कक्षा को लोडर द्वारा लोड किया जाता है जो रूट के सबसे करीब है, क्योंकि प्रथम लोड करने का अधिकार हमेशा मूल लोडर को दिया जाता है। यह लोडर को केवल अपने माता-पिता या पूर्वजों द्वारा स्वतंत्र रूप से भरी हुई कक्षाओं को देखने की अनुमति देता है। यह बाल लोडर द्वारा भरी हुई कक्षाएं नहीं देख सकता है।

जावा एसई प्लेटफ़ॉर्म एपीआई ने ऐतिहासिक रूप से दो वर्ग लोडरों को परिभाषित किया है:

बूटस्ट्रैप क्लास लोडर (मूल, प्राथमिक लोडर) - बूटस्ट्रैप क्लासपथ से कक्षाएं लोड करता है।

सिस्टम क्लास लोडर ( पैरेंट लोडर) - नए क्लास लोडर के लिए पैरेंट क्लास और, एक नियम के रूप में, क्लास लोडर एप्लिकेशन को लोड और चलाने के लिए उपयोग किया जाता है।

JDK 9+ क्लास लोडर

एप्लिकेशन क्लास लोडर - आमतौर पर एक क्लासपाथ से आवेदन कक्षाएं लोड करने के लिए उपयोग किया जाता है। यह कुछ JDK मॉड्यूल के लिए डिफॉल्ट बूटलोडर भी है जिसमें यूटिलिटीज शामिल हैं या यूटिलिटीज एपीआई को निर्यात करते हैं। ( अनुवादक का नोट: उदाहरण के लिए, jdk.jconsole , jdk.jshell , आदि )

प्लेटफ़ॉर्म क्लास लोडर - चयनित लोड (सुरक्षा / अनुमतियों के आधार पर) जावा एसई और जेडडीके मॉड्यूल। उदाहरण के लिए, java.sql।

बूटस्ट्रैप क्लास लोडर - कोर जावा एसई और जेडडीके मॉड्यूल लोड करता है।

ये तीन बिल्ट-इन क्लास लोडर निम्नानुसार एक साथ काम करते हैं:

• एप्लिकेशन क्लास लोडर पहले सभी अंतर्निहित लोडर के लिए परिभाषित नामांकित मॉड्यूल की तलाश करता है। यदि इन लोडरों में से किसी एक के लिए एक उपयुक्त मॉड्यूल परिभाषित किया गया है, तो यह लोडर कक्षा को लोड करता है। यदि इन लोडरों में से किसी एक के लिए परिभाषित नामित मॉड्यूल में वर्ग नहीं पाया जाता है, तो अनुप्रयोग वर्ग लोडर इसे माता-पिता को सौंप देता है। यदि अभिभावक द्वारा वर्ग नहीं पाया जाता है, तो क्लासपाथ में एप्लिकेशन क्लास लोडर दिखता है। क्लासपाथ में पाए जाने वाले वर्गों को इस लोडर के अनाम मॉड्यूल के सदस्यों के रूप में लोड किया जाता है।
• प्लेटफ़ॉर्म क्लास लोडर सभी निर्मित लोडर के लिए परिभाषित नामित मॉड्यूल की खोज करता है । यदि इन लोडरों में से किसी एक के लिए एक उपयुक्त मॉड्यूल परिभाषित किया गया है, तो यह लोडर कक्षा को लोड करता है। यदि इन लोडरों में से किसी एक के लिए परिभाषित नामित मॉड्यूल में वर्ग नहीं पाया जाता है, तो प्लेटफ़ॉर्म वर्ग लोडर इसे माता-पिता को सौंपता है।
• बूटस्ट्रैप क्लास लोडर अपने लिए परिभाषित नामांकित मॉड्यूल की खोज करता है। यदि बूटस्ट्रैप बूटलोडर के लिए परिभाषित नामित मॉड्यूल में वर्ग नहीं पाया जाता है, तो बूटस्ट्रैप लोडर उन फ़ाइलों और निर्देशिकाओं के लिए खोज करता है जो बूटस्ट्रैप क्लासपाथ में जोड़ा गया है -Xbootclasspath / एक पैरामीटर का उपयोग करके (आप बूटस्ट्रैप क्लासपाथ में फाइल और निर्देशिकाओं को जोड़ने की अनुमति देता है)। बूटस्ट्रैप क्लासपाथ में पाए जाने वाले वर्गों को इस लोडर के अनाम मॉड्यूल के सदस्यों के रूप में लोड किया जाता है।

अंतर्निहित क्लास लोडर को देखने के लिए, आप निम्न कोड का उपयोग कर सकते हैं:

 package ru.deft.homework; import java.sql.Date; public class BuiltInClassLoadersDemo { public static void main(String[] args) { BuiltInClassLoadersDemo demoObject = new BuiltInClassLoadersDemo(); ClassLoader applicationClassLoader = demoObject.getClass().getClassLoader(); printClassLoaderDetails(applicationClassLoader); // java.sql classes are loaded by platform classloader java.sql.Date now = new Date(System.currentTimeMillis()); ClassLoader platformClassLoder = now.getClass().getClassLoader(); printClassLoaderDetails(platformClassLoder); // java.lang classes are loaded by bootstrap classloader ClassLoader bootstrapClassLoder = args.getClass().getClassLoader(); printClassLoaderDetails(bootstrapClassLoder); } private static void printClassLoaderDetails(ClassLoader classLoader) { // bootstrap classloader is represented by null in JVM if (classLoader != null) { System.out.println("ClassLoader name : " + classLoader.getName()); System.out.println("ClassLoader class : " + classLoader.getClass().getName()); } else { System.out.println("Bootstrap classloader"); } } } 

Amazon Corretto पर यह कोड 11.0.3 मेरे द्वारा इंस्टॉल किए जाने पर, हमें निम्न परिणाम मिलेगा:

 ClassLoader name : app ClassLoader class : jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader ClassLoader name : platform ClassLoader class : jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader Bootstrap classloader 

आप यहाँ ClassLader API (JDK 11) के बारे में अधिक जान सकते हैं।