类加载机制

类加载机制

类加载机制是指 .class文件加载到JVM，并形成Class对象的机制。

类加载机制可以在运行时动态的加载外部的类、远程网络下载过来 class 文件等。除了动态的优点wai外，还可以通过JVM的类加载机制来达到类隔离的效果。

JVM将类加载划分为三个步骤：

• 装载
• 链接
• 初始化

装载和链接完成后就将二进制的字节码转换为 Class 对象；而初始化过程并不是加载类时必须触发的（为什么呢），但是最迟必须在初次主动使用对象前执行。

类加载过程

装载

装载过程负责找到二进制字节码并加载至JVM中，JVM通过类的全限定名及类加载器完成类的加载，同样，也采用全限定名及类加载器来标识一个被加载了的类：类的全限定名 + ClassLoader实例ID。

类名的命名方式如下：

• 对于接口或非数组型的类，其名称即为类名，此种类型的类由所在的ClassLoader负责加载；
• 对于数组型的类，其名称为“[”+(基本类型|L)+引用类型类名；)

byte[] bytes = new byte[512];
System.out.println(bytes.getClass().getName());

Object[] objects = new Object[10];
System.out.println(objects.getClass().getName());

String[] strings = new String[10];
System.out.println(strings.getClass().getName());
# Output ---
[B
[Ljava.lang.Object;
[Ljava.lang.String;

链接

一：校验 链接过程负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量及解析类中调用的接口和类。

校验过程中如果碰到要引用到其他的接口和类，也会进行加载；如果加载过程失败，则会抛出NoClassDefFoundError。

二：准备 在完成了校验后，JVM初始化类中的静态变量，并将其值赋为默认值。

三：解析 最后对类中的所有属性、方法进行验证，以确保其要调用的属性、方法存在，以及具备相应的权限（例如public、private域权限等）。如果这个阶段失败，可能会造成NoSuchMethodEr-ror、NoSuchFieldError等错误信息。

初始化

初始化过程即执行类中的静态初始化代码、构造器代码及静态属性的初始化。

以下四种情况下初始化过程会被触发执行：

1. 调用了new；
2. 反射调用了类中的方法；
3. 子类调用了初始化；
4. JVM启动过程中指定的初始化类。

在执行初始化过程之前，首先必须完成链接过程中的校验和准备阶段，解析阶段则不强制。

JVM的类加载通过ClassLoader及其子类来完成：

• Bootstrap ClassLoader 在代码中没有办法拿到这个对象，Sun JDK启动时会初始化此ClassLoader，并由ClassLoader加载$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar里所有class文件；
• Extension ClassLoader JVM用此ClassLoader来加载扩展功能的一些jar包 $JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar；
• System ClassLoader(AppClassLoader) JVM用此ClassLoader来加载启动参数中指定的Classpath中的jar包及目录，在Sun JDK中ClassLoader对应的类名为AppClassLoader；
• UserDefined ClassLoader 继承Class-Loader抽象类自行实现的ClassLoader，基于自定义的ClassLoader可用于加载非Classpath中（例如从网络上下载的jar或二进制）的jar及目录、还可以在加载之前对class文件做一些动作（例如解密等）。

public class ClassTest {

    @Test
    public void testClassLoader() {
        System.out.println(ClassTest.class.getClassLoader());
        System.out.println(ClassTest.class.getClassLoader().getParent());
        System.out.println(ClassTest.class.getClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

# Output ---
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3836b1bb
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@ece88d2
null

ClassLoader继承关系

JVM的ClassLoader采用的是树形结构，除BootstrapClass-Loader外，其他的ClassLoader都会有parent ClassLoader，UserDefined ClassLoader默认的parent ClassLoader为System ClassLoader。加载类时通常按照树形结构的原则来进行，也就是说，首先应从 UserDefined ClassLoader中尝试进行加载，当par-ent中无法加载时，应再尝试从System ClassLoader中进行加载，System ClassLoader同样遵循此原则，在找不到的情况下会自动从其parent ClassLoader中进行加载。

JVM是采用类名+Classloader的实例来作为Class加载的判断的，因此加载时不采用上面的顺序也是可以的，例如加载时不去parent ClassLoader中寻找，而只在当前的ClassLoader中寻找，会造成树上多个不同的ClassLoader中都加载了某Class，并且这些Class的实例对象都不相同。

当Java开发人员调用Class.forName来获取一个对应名称的Class对象时，JVM会从方法栈上寻找第一个ClassLoader，通常也就是执行Class.forName所在类的ClassLoader，并使用此ClassLoader来加载此名称的类。

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ClassNotFoundException 这是最常见的异常，产生这个异常的原因为在当前的ClassLoader中加载类时未找到类文件，对位于System ClassLoader的类很容易判断，只要加载的类不在Classpath中。而对位于UserDefined ClassLoader的类则麻烦些，要具体查看这个ClassLoader加载类的过程，才能判断此ClassLoader要从什么位置加载到此类。例如直接在代码中执行Class.forName(“com.blue-davy.A”)，而当前类的classloader下根本就没有该类所在的jar或没有该class文件，就会抛出ClassNotFoundException。

NoClassDefFoundError 该异常较之ClassNotFoundException更难处理一些，造成此异常的主要原因是加载的类中引用到的另外的类不存在，如下：要加载A，而A中调用了B，B不存在或当前ClassLoader没法加载B，就会抛出这个异常。当采用Class.forName加载A时，虽能找到A.class，但此时B.class不存在，则会抛出NoClassDefFoundError。

public class A {  
private B b=new B();
    
}

ClassCastException 这个异常比较难查的是两个A对象由不同的ClassLoader加载的情况，这时如果将其中某个A对象造型成另外一个A对象，也会报出ClassCastException。