通俗易懂的类加载机制(码出高效)

根据冯诺依曼定义的计算机模型，任何程序都需要加载到内存中才能与CPU进行交流

基础要点

1. java中字节码.class文件包含了各种类信息，但是它是在本地硬盘中存储着的，因此只有把.class加载到内存中，通过JVM运行，它才可以与CPU进行交流，从而才可以实例化类。
2. ClassLoader就是负责提前加载.class类文件到内存中
3. 加载类时使用双亲委派模型(溯源委派加载模型)，后文会提到

类加载器加载类的步骤

1. Load(加载)
   • 读取类文件，产生二进制流 -> 特定数据结构
   • 校验魔法数、常量池、文件长度、是否有父类
   • 创建对应类的java.lang.Class实例(表示这个类的类型信息)
2. Link(链接)
   • 验证：更详细的校验 比如:final是否合规,类型是否正确等
   • 准备：为静态变量分配内存，并设定默认值
   • 解析：确保类与类之间引用正确，完成内存布局
3. Init(初始化)
   • 执行构造器方法，如果赋值是通过其他类的静态方法完成的，那么会马上去解析另一个类
     

Class 与 class

• 类加载是将.class字节码文件实例化成Class对象并进行相关的初始化，在这个过程中会初始化继承树上没有被初始化的父类，并且执行静态代码块，静态赋值语句等
• class是关键字，用来定义类，Class是所有class的类（这里不明白可以去看看反射）
• 反射中newInstance()是弱类型，只能调用无参构造方法，否则会抛出InstantiationException异常，而new是强类型校验，可以调用任何构造方法

类加载器如何定位到具体的类文件并读取？

• JVM在启动时会创建最根基的类加载器:Bootstrap,装载最核心的java类，如String、System等
• 第二层是在JDK9版本中，为Platform ClassLoader 即平台类加载器，用来加载扩展的系统类,如XML、加密压缩的功能类等，JDK9之前用的是Extension ClassLoader
• 第三层是Application ClassLoader的应用类加载器，主要加载用户定义的CLASSPATH路径下的类
• 区别：第二层和第三层类加载器是Java语言事先的，第一层使用C++实现的
  

双亲委派模型的类加载原则

• 低层次的类加载器，不能覆盖高层次类加载器已经加载的类
• 如果低层次的类加载器想加载一个未知类：
  • 第一步：询问高层次类加载器是否已经加载？
  • 第二步：高层次类加载器自己问自己是否已经加载了该类，如果没有就再问自己是否可以加载
  • 第三步：如果高层次类加载器没有加载，也不能加载
  • 第四步：则会通知发起请求加载的类加载器，准予加载
    

为什么要采用双亲委派模型

• 类加载采用委托机制，这样可以保证爸爸们优先，爸爸们能找到的类，儿子就没有机会加载。
• 防止内存中出现多份同样的字节码
• 如果没有双亲委派模型而是由各个类加载器自行加载，当用户自己编写了一个System类，多个类加载器都去加载这个类到内存中，系统中将会出现多个不同的System类，那么类之间势必产生冲突，对象之间也无法进行比较。

自定义类加载器

场景

• 隔离加载类
• 修改类加载方式：类的加载类型并非强制，除了Bootstrap外，其它类加载器的时机可以自定义，进行动态加载
• 扩展加载源：比如从数据库网络等地方进行加载
• 防止源码泄露：加密字节码，需要解密