簡(jiǎn)述Java虛擬機(jī)的類(lèi)加載器以及類(lèi)加載的全過(guò)程

1. 類(lèi)加載子系統(tǒng)

 1.1 概述

類(lèi)加載子系統(tǒng)負(fù)責(zé)從文件系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)中加載Class文件，Class文件在文件開(kāi)頭有特定的文件標(biāo)識(shí)

• ClassLoader只負(fù)責(zé)class文件的加載，至于它是否可以運(yùn)行，則由Execution Engine 決定
• 加載的類(lèi)信息存放于一塊成為 ：方法區(qū)的內(nèi)存空間，除了類(lèi)的信息外，方法區(qū)中還會(huì)存放運(yùn)行時(shí)常量池信息，可能還包括字符串字面量和數(shù)字常量（這部分常量信息是Class文件中常量池部分的內(nèi)存映射）

字節(jié)碼中的常量池加載到 方法區(qū) -----> 運(yùn)行時(shí)常量池信息

1.2 類(lèi)的加載器

• Class file（字節(jié)碼文件） 存在與本地磁盤(pán)上（硬盤(pán)），字節(jié)碼文件在執(zhí)行的時(shí)候是需要被加載到JVM的方法區(qū)中，再根據(jù)方法區(qū)中的這個(gè)類(lèi)對(duì)象實(shí)例化出n個(gè)一模一樣的實(shí)例
• Class file 加載到JVM中，被稱(chēng)為DNA元數(shù)據(jù)模板，放在方法區(qū)。
• 在Class文件 --> JVM -->最終成為元數(shù)據(jù)模板，此過(guò)程就要一個(gè)運(yùn)輸工具（類(lèi)加載器 Class Loader），扮演一個(gè)快遞員的角色。

2.類(lèi)的加載過(guò)程

2.1 類(lèi)的加載過(guò)程簡(jiǎn)圖

2.2 加載階段：Loading

• 通過(guò)一個(gè)類(lèi)的全限定名獲取定義此類(lèi)的二進(jìn)制字節(jié)流
• 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類(lèi)的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類(lèi)的各種數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)入口

小補(bǔ)充：加載字節(jié)碼文件（.class）的方式

• 本地系統(tǒng)直接加載
• 網(wǎng)絡(luò)獲取：Web Applet
• jar、war包
• 動(dòng)態(tài)代理：運(yùn)行時(shí)計(jì)算生成…

2.3 鏈接階段：Linking

驗(yàn)證（Verify）

• 目的在于確保Class文件的字節(jié)流中包含信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)要求，保證被加載類(lèi)的正確性，不會(huì)危害虛擬機(jī)自身安全
• 主要包括四種驗(yàn)證：文件格式驗(yàn)證、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證、字節(jié)碼驗(yàn)證、符號(hào)引用驗(yàn)證

準(zhǔn)備（Prepare）

• 為類(lèi)變量分配內(nèi)存并且設(shè)置該類(lèi)變量的默認(rèn)初始值，即“零值”

（在準(zhǔn)備階段 a = 0，到下一個(gè)階段（初始化階段）a = 1）
（不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型的變量默認(rèn)值不一樣，如 int =0 ,引用類(lèi)型 = null）

• 這里不包含用final 修飾的static，因?yàn)閒inal 在編譯的時(shí)候就會(huì)分配了，準(zhǔn)備階段會(huì)顯示初始化（final修飾的變量是：常量）
• 這里不會(huì)為實(shí)例變量分配初始化，類(lèi)變量會(huì)分配在方法區(qū)中，而實(shí)例變量是會(huì)隨著對(duì)象一起分配到Java堆中

解析（Resolve）

• 將常量池內(nèi)的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過(guò)程
• 事實(shí)上，解析操作往往會(huì)伴隨著JVM在執(zhí)行完初始化之后再執(zhí)行
• 符號(hào)引用：一組符號(hào)來(lái)描述所引用的目標(biāo)。符號(hào)引用的字面量形式明確定義在《Java 虛擬機(jī)規(guī)范》的Class 文件格式中
• 直接引用：直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或者一個(gè)間接定位到目標(biāo)的句柄
• 解析動(dòng)作主要針對(duì)類(lèi)或接口、字段、類(lèi)方法、接口方法、方法類(lèi)型等。對(duì)應(yīng)常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

2.4 初始化階段：initialization

• 初始化階段就是執(zhí)行類(lèi)構(gòu)造器方法 clinit（）的過(guò)程，此方法不需要定義，是javac 編譯器自動(dòng)收集類(lèi)中的所有了變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)代碼塊中的語(yǔ)句合并而來(lái)

例子1：

public class Test {
    private static int a=2;
    private static int b=20;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(a);
        System.out.println(b);
    }
}

例子2：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("測(cè)試一下");
    }
}

• 構(gòu)造器方法中指令按語(yǔ)句在源文件中出現(xiàn)的順序執(zhí)行
• clinit() 方法不同于類(lèi)的構(gòu)造器。（關(guān)聯(lián)：構(gòu)造器是虛擬機(jī)視角下的 init()）
• 若該類(lèi)具有父類(lèi)，JVM會(huì)保證子類(lèi)的 clinit () 執(zhí)行前，父類(lèi)的 clinit () 已經(jīng)執(zhí)行完畢
• 虛擬機(jī)必須保證一個(gè)類(lèi)的 clinit () 方法在多線(xiàn)程下被同步加鎖，虛擬機(jī)只會(huì)調(diào)用一次 clinit 方法，保證類(lèi)只被加載一次

3.幾種類(lèi)的加載器

• JVM支持兩種類(lèi)型的類(lèi)加載器，分別為引導(dǎo)類(lèi)加載器（Bootstrap ClassLoader）和 自定義類(lèi)加載器（User-Defined ClassLoader）
• 從概念上來(lái)講，自定義類(lèi)加載器一般指的是程序中由開(kāi)發(fā)人員自定義的一類(lèi)類(lèi)加載器，但是Java虛擬機(jī)規(guī)范并沒(méi)有這么定義，而是將所有派生于抽象類(lèi)ClassLoader的類(lèi)加載器都劃分為自定義類(lèi)加載器（除了Bootstrap ClassLoader其他的都為 自定義類(lèi)加載器）
• 無(wú)論類(lèi)加載器的類(lèi)型如何劃分，在程序中，我們最常見(jiàn)的類(lèi)加載器始終只有3個(gè)，如下所示：

代碼：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 :應(yīng)用類(lèi)加載器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@34a245ab ：擴(kuò)展類(lèi)加載器
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);//null ：引導(dǎo)類(lèi)加載器：非Java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)

        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        
         ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null
    }
}

3.1 引導(dǎo)類(lèi)加載器：

• BootstrapClassLoader 這個(gè)類(lèi)加載器使用 C/C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，嵌套在JVM內(nèi)部
• 它用來(lái)加載Java 的核心類(lèi)庫(kù)（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar 或 sun.boot.class.path路徑下的內(nèi)容），用于提供JVM自身需要的類(lèi)
• 并不繼承自 java.lang.ClassLoader ，沒(méi)有父類(lèi)加載器
• 加載擴(kuò)展類(lèi)和應(yīng)用程序類(lèi)加載器，并指定為他們的父類(lèi)加載器
• 出于安全考慮，Bootstrap 啟動(dòng)類(lèi)加載器只加載包名為 java 、javax、sun等開(kāi)頭的類(lèi)

3.2 擴(kuò)展類(lèi)加載器：ExtensionClassLoader

• Java 語(yǔ)言編寫(xiě)，派生于ClassLoader類(lèi)
• 父類(lèi)加載器為：?jiǎn)?dòng)類(lèi)加載器
• 從 java.ext.dirs系統(tǒng)屬性所指定的目錄中加載類(lèi)庫(kù)，或從JDK的安裝目錄的jre/lib/ext子目錄（擴(kuò)展目錄）下加載類(lèi)庫(kù)，如果用戶(hù)創(chuàng)建的jar包放在此目錄下，也會(huì)自動(dòng)由擴(kuò)展類(lèi)加載器進(jìn)行加載

3.3 應(yīng)用程序類(lèi)加載器：AppClassLoader

•  java語(yǔ)言編寫(xiě)，派生于 ClassLoader
• 父類(lèi)加載器為 ExtensionClassLoader
• 負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量classpath或者系統(tǒng)屬性 java.class.path 指定路徑下的類(lèi)庫(kù)
• 該類(lèi)加載器是程序中默認(rèn)的類(lèi)加載器，一般來(lái)說(shuō)，Java應(yīng)用的類(lèi)都是由它來(lái)完成加載
• 通過(guò)ClassLoader # getSystemClassLoader()方法可以獲取到該類(lèi)加載器

3.4 用戶(hù)自定義類(lèi)加載器

• 在Java 的日常應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中，類(lèi)的加載幾乎是由上述3種類(lèi)加載器相互配合執(zhí)行的，在必要的時(shí)候，我們還可以自定義類(lèi)加載器，來(lái)定制類(lèi)的加載方式

為什么要用自定義類(lèi)加載器呢？

• 隔離加載類(lèi)
• 修改類(lèi)加載的方式
• 擴(kuò)展加載源
• 防止源碼泄漏

用戶(hù)自定義類(lèi)加載器實(shí)現(xiàn)步驟

• 通過(guò)繼承抽象類(lèi) java.lang.ClassLoader 類(lèi)的方式，實(shí)現(xiàn)自己的類(lèi)加載器，以滿(mǎn)足一些特殊的需求
• JDK1.2之前，總會(huì)去繼承ClassLoader類(lèi)并重寫(xiě)loadClass()方法，從而實(shí)現(xiàn)自定義的類(lèi)加載器，但是在JDK1.2之后，已不再建議去覆蓋loadClass()方法，而是建議把自定義的類(lèi)加載邏輯寫(xiě)在 findClass()方法中
• 如果對(duì)于類(lèi)加載器沒(méi)有太過(guò)于復(fù)雜的需求，可以通過(guò)直接繼承 URLClassLoader類(lèi)，這樣就可以避免自己去編寫(xiě)findClass()方法及其獲取字節(jié)碼流的方式，使自定義類(lèi)加載器編寫(xiě)更加簡(jiǎn)潔

繼承體系

獲取 ClassLoader

4.雙親委派機(jī)制

Java 虛擬機(jī)對(duì)class文件采用的是按需加載的方式，也就是說(shuō)當(dāng)需要使用該類(lèi)時(shí)才會(huì)將它的class文件加載到內(nèi)存生成class對(duì)象。而且加載某個(gè)類(lèi)的class文件時(shí)，Java虛擬機(jī)采用的雙親委派模式，即把請(qǐng)求交由父類(lèi)處理，它是一種任務(wù)委派模式

• 如果一個(gè)類(lèi)加載器收到了類(lèi)的加載請(qǐng)求，它并不會(huì)自己先去加載，而是把這個(gè)請(qǐng)求委托給父類(lèi)的加載器去執(zhí)行
• 如果父類(lèi)加載器還存在其父類(lèi)加載器，則進(jìn)一步向上委托，依次遞歸請(qǐng)求最終將到達(dá)頂層的啟動(dòng)類(lèi)加載器
• 如果類(lèi)加載器可以完成類(lèi)加載任務(wù)，就成功返回，如果父類(lèi)加載器無(wú)法完成此加載任務(wù)，子類(lèi)加載器才會(huì)嘗試去加載，這就是雙親委派模式

優(yōu)勢(shì)

• 避免類(lèi)的重復(fù)加載
• 保護(hù)程序安全，防止核心API被隨意篡改：自定義：java.lang.String …
• 不要亂取包名

5.其他

在JVM中表示兩個(gè)class對(duì)象是否為同一個(gè)類(lèi)存在兩個(gè)必要條件

• 類(lèi)的全限定類(lèi)名必須一致，包括包名
• 加載這個(gè)類(lèi)的ClassLoader（指ClassLoader實(shí)例對(duì)象）必須相同
• 即使兩個(gè)類(lèi)來(lái)源于同一個(gè)文件，但是類(lèi)加載器不一樣，那這兩個(gè)類(lèi)對(duì)象也是不相等的

以上就是關(guān)于Java虛擬機(jī)中的類(lèi)加載器以及類(lèi)加載全過(guò)程的詳細(xì)內(nèi)容，想要了解更多關(guān)于Java虛擬機(jī)中類(lèi)加載的內(nèi)容，可以多多關(guān)注W3Cschool相關(guān)文章內(nèi)容。如果您覺(jué)得本篇文章還不錯(cuò)，還希望大家能夠多多支持！