Java类加载器

本文从类七个阶段更加high Level的角度去解析一下类的加载过程。Java字节码的表现形式是字节数组，而java类在jvm中的表现是java.lang.Class对象。大家都知道java字节码能够在jvm中被使用，需要经过加载，链接，初始化三个步骤，而其中开发人员只能接触到java类的加载，利用类的加载器可以在运行时动态的加载一个类。这也是java的一个非常重要的特点。

Java类的加载

java类的加载是由类加载器完成的 。类加载器分为两种：启动类加载器(引导、扩展和系统)和自定义类加载器。其中启动类加载器是jvm原生的，自定义类加载器是通过继承java.lang.ClassLoader类实现的，java.lang.ClassLoader提供了一些基本的实现，用户只需要实现必要的几个方法就可以了。
java类加载器有两个非常重要的特征，也是保证同一个类可以被不同的类引用的重要保障：层次结构和代理模式，层次结构是指每个类加载器都有一个父类加载器（引导类加载器除外），代理模式是指每个类加载器对类的加载可以代理给其他类加载器，这也就导致一个类启动过程中的类加载器和最终定义这个类的类加载器可能不是同一个。真正完成类的加载工作是通过调用defineClass来实现的，而启动类的加载过程是通过调用loadClass来实现的。在 Java 虚拟机判断两个类是否相同的时候，使用的是类的定义加载器。也就是说，哪个类加载器启动类的加载过程并不重要，重要的是最终定义这个类的加载器。方法 loadClass()抛出的是 java.lang.ClassNotFoundException异常；方法 defineClass()抛出的是 java.lang.NoClassDefFoundError异常。类加载器在成功加载某个类之后，会把得到的 java.lang.Class类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候，类加载器会直接使用缓存的类的实例，而不会尝试再次加载。也就是说，对于一个类加载器实例来说，相同全名的类只加载一次，即 loadClass方法不会被重复调用，但是不能保证多线程的加载只有一次。

Java类的链接

Java类的链接包含三个阶段：验证，准备，解析，是将Java类的二进制代码合并到JVM运行状态的过程。在链接之前，这个类必须被成功加载。验证就是确保二进制结构符合JVM的要求。准备是指创建Java类中的静态域，并设置为默认值。解析是确保这些被引用的类可以被正确的找到，解析的过程可能导致其他Java类被加载。
不同的JVM实现可能选择不同的解析策略。一种做法是在链接的时候，就递归的把所有依赖的形式引用都进行解析。而另外的做法则可能是只在一个形式引用真正需要的时候才进行解析。也就是说如果一个Java类只是被引用了，但是并没有被真正用到，那么这个类有可能就不会被解析。考虑下面的代码：

public class LinkTest {   
   public static void main(String[] args) {       
      ToBeLinked toBeLinked = null;       
      System.out.println("Test link.");   
   }
}

toBeLinked被引用了，但是并没有真正用到它，编译好之后删除toBeLinked.class，程序不会出错。

Java类的初始化

当一个Java类第一次被真正用到的时候，JVM会进行该类的初始化操作。初始化过程的主要操作是执行静态代码块和初始化静态域。在一个类被初始化之前，它的直接父类也需要被初始化。但是，一个接口的初始化，不会引起其父接口的初始化。在初始化的时候，会按照源代码中从上到下的顺序依次执行静态代码块和初始化静态域。

创建自己的类加载器

在 Java应用开发过程中，可能会需要创建应用自己的类加载器。典型的场景包括实现特定的Java字节代码查找方式、对字节代码进行加密/解密以及实现同名 Java类的隔离等。创建自己的类加载器并不是一件复杂的事情，只需要继承自java.lang.ClassLoader类并覆写对应的方法即可。 java.lang.ClassLoader中提供的方法有不少，下面介绍几个创建类加载器时需要考虑的：

• defineClass()：这个方法用来完成从Java字节代码的字节数组到java.lang.Class的转换。这个方法是不能被覆写的，一般是用原生代码来实现的。
• findLoadedClass()：这个方法用来根据名称查找已经加载过的Java类。一个类加载器不会重复加载同一名称的类。
• findClass()：这个方法用来根据名称查找并加载Java类。
• loadClass()：这个方法用来根据名称加载Java类。
• resolveClass()：这个方法用来链接一个Java类。

这里比较 容易混淆的是findClass()方法和loadClass()方法的作用。前面提到过，在Java类的链接过程中，会需要对Java类进行解析，而解析可能会导致当前Java类所引用的其它Java类被加载。在这个时候，JVM就是通过调用当前类的定义类加载器的loadClass()方法来加载其它类的。findClass()方法则是应用创建的类加载器的扩展点。应用自己的类加载器应该覆写findClass()方法来添加自定义的类加载逻辑。 loadClass()方法的默认实现会负责调用findClass()方法。
前面提到，类加载器的代理模式默认使用的是父类优先的策略。这个策略的实现是封装在loadClass()方法中的。如果希望修改此策略，就需要覆写loadClass()方法。