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前言
今天我們來(lái)講講jvm里類加載的過(guò)程，我們寫(xiě)了那么多類，卻不知道類的加載過(guò)程，豈不是很尷尬。
jvm的啟動(dòng)是通過(guò)引導(dǎo)類加載器（bootstrap class loader）創(chuàng)建一個(gè)初始類（initial class）來(lái)完成的，這個(gè)類是由jvm的具體實(shí)現(xiàn)指定的。[來(lái)自官方規(guī)范]
jvm組成結(jié)構(gòu)之一就是類裝載器子系統(tǒng)，我們今天就來(lái)仔細(xì)講講這個(gè)組件。
Java代碼執(zhí)行流程圖
大家通過(guò)這個(gè)流程圖，了解一下我們寫(xiě)好的Java代碼是如何執(zhí)行的，其中要經(jīng)歷類加載器這個(gè)流程，我們就來(lái)仔細(xì)講講這里面的知識(shí)點(diǎn)。
類加載子系統(tǒng)
類加載系統(tǒng)架構(gòu)圖
暫時(shí)看不懂這兩張圖沒(méi)關(guān)系，跟著老哥往下看
類的生命周期
類的生命周期包括：加載、鏈接、初始化、使用和卸載，其中加載、鏈接、初始化，屬于類加載的過(guò)程，我們下面仔細(xì)講解。使用是指我們new對(duì)象進(jìn)行使用，卸載指對(duì)象被垃圾回收掉了。
類加載的過(guò)程
- 第一步：Loading加載
通過(guò)類的全限定名（包名 + 類名），獲取到該類的.class文件的二進(jìn)制字節(jié)流
將二進(jìn)制字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為方法區(qū)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在內(nèi)存中生成一個(gè)代表該類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口
總結(jié)：加載二進(jìn)制數(shù)據(jù)到內(nèi)存 —> 映射成jvm能識(shí)別的結(jié)構(gòu) —> 在內(nèi)存中生成class文件。
- 第二步：Linking鏈接
鏈接是指將上面創(chuàng)建好的class類合并至Java虛擬機(jī)中，使之能夠執(zhí)行的過(guò)程，可分為驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析三個(gè)階段。
① 驗(yàn)證（Verify）
確保class文件中的字節(jié)流包含的信息，符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，保證這個(gè)被加載的class類的正確性，不會(huì)危害到虛擬機(jī)的安全。
② 準(zhǔn)備（Prepare）
為類中的靜態(tài)字段分配內(nèi)存，并設(shè)置默認(rèn)的初始值，比如int類型初始值是0。被final修飾的static字段不會(huì)設(shè)置，因?yàn)閒inal在編譯的時(shí)候就分配了
③ 解析（Resolve）
解析階段的目的，是將常量池內(nèi)的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過(guò)程（將常量池內(nèi)的符號(hào)引用解析成為實(shí)際引用）。如果符號(hào)引用指向一個(gè)未被加載的類，或者未被加載類的字段或方法，那么解析將觸發(fā)這個(gè)類的加載（但未必觸發(fā)這個(gè)類的鏈接以及初始化。）
事實(shí)上，解析器操作往往會(huì)伴隨著 JVM 在執(zhí)行完初始化之后再執(zhí)行。 符號(hào)引用就是一組符號(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。直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或一個(gè)間接定位到目標(biāo)的句柄。
解析動(dòng)作主要針對(duì)類、接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等。對(duì)應(yīng)常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。
- 第三步：initialization初始化
初始化就是執(zhí)行類的構(gòu)造器方法init()的過(guò)程。
這個(gè)方法不需要定義，是javac編譯器自動(dòng)收集類中所有類變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)代碼塊中的語(yǔ)句合并來(lái)的。
若該類具有父類，jvm會(huì)保證父類的init先執(zhí)行，然后在執(zhí)行子類的init。
類加載器的分類
- 第一個(gè)：?jiǎn)?dòng)類/引導(dǎo)類：Bootstrap ClassLoader
這個(gè)類加載器使用C/C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，嵌套在JVM內(nèi)部，java程序無(wú)法直接操作這個(gè)類。
它用來(lái)加載Java核心類庫(kù)，如：JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar、sun.boot.class.path路徑下的包，用于提供jvm運(yùn)行所需的包。
并不是繼承自java.lang.ClassLoader，它沒(méi)有父類加載器
它加載擴(kuò)展類加載器和應(yīng)用程序類加載器，并成為他們的父類加載器
出于安全考慮，啟動(dòng)類只加載包名為：java、javax、sun開(kāi)頭的類
- 第二個(gè)：擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader
Java語(yǔ)言編寫(xiě)，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，我們可以用Java程序操作這個(gè)加載器
派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為啟動(dòng)類加載器
從系統(tǒng)屬性：java.ext.dirs目錄中加載類庫(kù)，或者從JDK安裝目錄：jre/lib/ext目錄下加載類庫(kù)。我們就可以將我們自己的包放在以上目錄下，就會(huì)自動(dòng)加載進(jìn)來(lái)了。
- 第三個(gè)：應(yīng)用程序類加載器：Application Classloader
Java語(yǔ)言編寫(xiě)，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實(shí)現(xiàn)。
派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為啟動(dòng)類加載器
它負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量classpath或者系統(tǒng)屬性java.class.path指定路徑下的類庫(kù)
它是程序中默認(rèn)的類加載器，我們Java程序中的類，都是由它加載完成的。
我們可以通過(guò)ClassLoader#getSystemClassLoader()獲取并操作這個(gè)加載器
- 第四個(gè)：自定義加載器
一般情況下，以上3種加載器能滿足我們?nèi)粘５拈_(kāi)發(fā)工作，不滿足時(shí)，我們還可以自定義加載器
比如用網(wǎng)絡(luò)加載Java類，為了保證傳輸中的安全性，采用了加密操作，那么以上3種加載器就無(wú)法加載這個(gè)類，這時(shí)候就需要自定義加載器
自定義加載器實(shí)現(xiàn)步驟
繼承java.lang.ClassLoader類，重寫(xiě)findClass()方法
如果沒(méi)有太復(fù)雜的需求，可以直接繼承URLClassLoader類，重寫(xiě)loadClass方法，具體可參考AppClassLoader和ExtClassLoader。
獲取ClassLoader幾種方式
它是一個(gè)抽象類，其后所有的類加載器繼承自 ClassLoader（不包括啟動(dòng)類加載器）
- // 方式一：獲取當(dāng)前類的 ClassLoader
- clazz.getClassLoader()
- // 方式二：獲取當(dāng)前線程上下文的 ClassLoader
- Thread.currentThread().getContextClassLoader()
- // 方式三：獲取系統(tǒng)的 ClassLoader
- ClassLoader.getSystemClassLoader()
- // 方式四：獲取調(diào)用者的 ClassLoader
- DriverManager.getCallerClassLoader()
類加載機(jī)制—雙親委派機(jī)制
jvm對(duì)class文件采用的是按需加載的方式，當(dāng)需要使用該類時(shí)，jvm才會(huì)將它的class文件加載到內(nèi)存中產(chǎn)生class對(duì)象。
在加載類的時(shí)候，是采用的雙親委派機(jī)制，即把請(qǐng)求交給父類處理的一種任務(wù)委派模式。
- 工作原理
（1）如果一個(gè)類加載器接收到了類加載的請(qǐng)求，它自己不會(huì)先去加載，會(huì)把這個(gè)請(qǐng)求委托給父類加載器去執(zhí)行。
（2）如果父類還存在父類加載器，則繼續(xù)向上委托，一直委托到啟動(dòng)類加載器：Bootstrap ClassLoader
（3）如果父類加載器可以完成加載任務(wù)，就返回成功結(jié)果，如果父類加載失敗，就由子類自己去嘗試加載，如果子類加載失敗就會(huì)拋出ClassNotFoundException異常，這就是雙親委派模式
- 第三方包加載方式：反向委派機(jī)制
在Java應(yīng)用中存在著很多服務(wù)提供者接口（Service Provider Interface，SPI），這些接口允許第三方為它們提供實(shí)現(xiàn)，如常見(jiàn)的 SPI 有 JDBC、JNDI等，這些 SPI 的接口屬于 Java 核心庫(kù)，一般存在rt.jar包中，由Bootstrap類加載器加載。而B(niǎo)ootstrap類加載器無(wú)法直接加載SPI的實(shí)現(xiàn)類，同時(shí)由于雙親委派模式的存在，Bootstrap類加載器也無(wú)法反向委托AppClassLoader加載器SPI的實(shí)現(xiàn)類。在這種情況下，我們就需要一種特殊的類加載器來(lái)加載第三方的類庫(kù)，而線程上下文類加載器（雙親委派模型的破壞者）就是很好的選擇。
從圖可知rt.jar核心包是有Bootstrap類加載器加載的，其內(nèi)包含SPI核心接口類，由于SPI中的類經(jīng)常需要調(diào)用外部實(shí)現(xiàn)類的方法，而jdbc.jar包含外部實(shí)現(xiàn)類(jdbc.jar存在于classpath路徑)無(wú)法通過(guò)Bootstrap類加載器加載，因此只能委派線程上下文類加載器把jdbc.jar中的實(shí)現(xiàn)類加載到內(nèi)存以便SPI相關(guān)類使用。顯然這種線程上下文類加載器的加載方式破壞了“雙親委派模型”，它在執(zhí)行過(guò)程中拋棄雙親委派加載鏈模式，使程序可以逆向使用類加載器，當(dāng)然這也使得Java類加載器變得更加靈活。
- 沙箱安全機(jī)制
自定義 String 類，但是在加載自定義 String 類的時(shí)候會(huì)率先使用引導(dǎo)類加載器加載，而引導(dǎo)類加載器在加載的過(guò)程中會(huì)先加載 JDK 自帶的文件（rt.jar 包中的 javalangString.class），報(bào)錯(cuò)信息說(shuō)沒(méi)有 main 方法就是因?yàn)榧虞d的 rt.jar 包中的 String 類。這樣可以保證對(duì) Java 核心源代碼的保護(hù)，這就是沙箱安全機(jī)制。
網(wǎng)頁(yè)標(biāo)題：jvm類加載器，類加載機(jī)制詳解，看這一篇就夠了
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