Java类加载机制

类加载器

类加载器的作用

类加载器(class loader)用来加载Java类到Java 虚拟机中。

一般来说,Java虚拟机使用Java类的方式如下：

1. Java源程序（.java 文件）在经过Java编译器编译之后就被转换成Java字节代码（.class 文件）。
2. 类加载器负责读取Java字节代码，并转换成java.lang.Class类的一个实例。

每个这样的实例用来表示一个 Java 类。通过此实例的 newInstance()方法就可以创建出该类的一个对象。实际的情况可能更加复杂，比如 Java 字节代码可能是通过工具动态生成的，也可能是通过网络下载的。

JVM默认的加载器

• Bootstrap(引导类加载器)：它用来加载Java的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自java.lang.ClassLoader。
• ExtClassLoader(扩展类加载器)：它用来加载Java的扩展库。Java虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载Java类。
• AppClassLoader(系统类加载器)：它根据Java应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载的。可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

类加载器也是一个Java类，本身也需要其他类加载器加载，必须要一个不是Java类的类加载器加载，这个类加载器就是Bootstrap(根结点)。
类加载器采用父子关系的树结构进行组织，在实例化每个类加载器时都需要指定其父级类加载器或者采用JVM默认的类加载器。
类加载树如图所示：

类加载器树.png

代码验证

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader=Main.class.getClassLoader();
        while (null!=classLoader){
            System.out.println(classLoader.getClass().getName());
            classLoader=classLoader.getParent();
        }
    }
}

output:

sun.misc.Launcher$AppClassLoader
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader

注释：class Main位于buildpath目录下，所以类加载器为AppClassLoader，AppClassLoader的父级加载器为ExtClassLoader，ExtClassLoader的父级加载器为Bootstrap，但是Bootstrap不是一个Java类，所以输出为null

Class ClassLoader

类名：
public abstract class ClassLoaderextends Object
JDK的定义

A class loader is an object that is responsible for loading classes. The class ClassLoader is an abstract class. Given the binary name of a class, a class loader should attempt to locate or generate data that constitutes a definition for the class. A typical strategy is to transform the name into a file name and then read a "class file" of that name from a file system.
Every Class object contains a reference to the ClassLoader that defined it.

简单来说就是：

• 基本上所有的类加载器都是 java.lang.ClassLoader类的一个实例
• ClassLoader根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义出一个Java类，即java.lang.Class类的一个实例。
• 除此之外，ClassLoader还负责加载Java应用所需的资源，如图像文件和配置文件等。

ClassLoader中与加载类相关的部分方法：

以上方法来源于JDK8

方法	英文描述
ClassLoader getParent()	Returns the parent class loader for delegation.
Class findClass(String name)	Finds a class with the specified binary name, loading it if necessary.
Class loadClass(String name)	Loads the class with the specified binary name.
Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)	Converts an array of bytes into an instance of class Class.
void resolveClass(Class c)	Links the specified class.

注意：binary name为字节码文件名

类加载机制

首先类加载，是把class文件从硬盘读取到内存中。
类加载方式：

1. 程序在运行过程中当遇到通过new等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中
2. 通过class.forname()等方法，显式加载需要的类
3. 通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载

类加载的步骤：

image.png

1. 装载:查找和导入class文件;

2. 连接:

      (1)检查:检查载入的class文件数据的正确性;
   
      (2)准备:为类的静态变量分配存储空间;
   
      (3)解析:将符号引用转换成直接引用(这一步是可选的)  
   

3. 初始化:初始化静态变量，静态代码块。

类加载器的委托机制：

• 当JVM需要加载一个类时，到底选择哪个类加载器进行加载了？

     1）首先当前线程的类加器会去加载线程中的第一个类。
     2）如果类A引用了类B，JVM会使用加载A的类加载器加载类B。
     3）当然也可以调用直接Class loadClass(String name)来制定某个类加载器去加载类
  

• 当类加载器加载类时，会委托给父级类加载器加载，当所有的祖宗类加载器没有加载到类，才会调用发起者类加载器，如果还是加载不了就会抛出ClassNotFoundException。

Java类的动态加载：
添加JVM option
-verbose:class

public class ClassDynamicLoading {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("休息");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new ClassA().print("ClassA第一次使用");
        System.out.println("休息");
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        new ClassB().print("ClassB第一次使用");
        new ClassA().print("ClassA第二次使用");
    }
}
class ClassA{
   static {
        System.out.println("static code");
    }
   public void print(String str){
       System.out.println(str);
   }
}
class  ClassB{
    public void print(String str){
        System.out.println(str);
    }
}

output:

休息
[Loaded ClassA from file:/Users/wangkui/Desktop/Java%e7%b1%bb%e5%8a%a0%e8%bd%bd%e6%9c%ba%e5%88%b6/_classloader/out/production/_classloader/]
static code
ClassA第一次使用
休息
[Loaded ClassB from file:/Users/wangkui/Desktop/Java%e7%b1%bb%e5%8a%a0%e8%bd%bd%e6%9c%ba%e5%88%b6/_classloader/out/production/_classloader/]
ClassB第一次使用
ClassA第二次使用

分析以上代码输出可知，类只会使用到时才会被加载，加载后再次使用不会被加载。静态代码块只会在类加载完成后执行一次。

参考文档

深入探讨 Java 类加载器
JDK 8.0