Java的类加载机制

一、什么是Java的类加载机制

先来看Java程序运行图：

Java的类加载机制所做的工作就是将经编译器编译后的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个 java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。
.class文件可能来源于本地磁盘、数据库、网络传输或者jar包等。

二、Java类加载的流程

Java的类加载主要分为以下5个阶段：

1. 加载

在本阶段，JVM主要做以下3个事情：
（1） 通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流；
（2） 将这个字节流所代表的静态存储结构转为方法区的运行时数据结构；
（3） 在Java 堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class 对象，作为方法区中这些数据的访问入口。

2.验证

即验证所加载类的正确性，是JVM保证安全的一道重要屏障，主要验证以下几个方面：

• 文件格式验证：验证所加载的二进制文件格式是否正确。
• 元数据验证：对类文件中所定义的语义进行验证，如访问修饰符使用是否正确等等。
• 字节码验证：主要通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
• 符号引用验证：负责对各种符号引用进行匹配性校验，保证外部依赖真实存在，并且符合外部依赖类、字段、方法的访问性。

3. 准备

该阶段为类变量(static)分配内存并设置初始值，但是对实例变量不会。如：
对于private static String a = "s"，会分配内存并设置初始值，注意这里的初始值是变量类型的默认值null，并不是s。
对于常量(同时用final和static修饰)private static final String b = "s"会分配值s。
对于private String b = new String("b")则不会处理。

4. 解析

该阶段JVM将符号引用转化为直接引用
符号引用：即用一组符号代表引用的目标。如在学校中同学给你取的外号。
直接引用：目标的指针、相对偏移量或者句柄。即在学校中唯一指向你本人的学号。

5.初始化

类加载过程的最后一步，在该阶段中JVM为类中的变量赋值， 如在准备阶段中只赋了默认值的变量，在这里会赋上真实值，同时也会为实例变量赋值。即该阶段会类的构造器。

三、Java中的类加载器

Java中自带三个加载器：
1. Bootstrap ClassLoader
最顶层的加载器，加载核心类库，即jre/lib底下的文件，如rt.jar。
2. Extension or Ext Class-Loader
扩展类库加载器，加载jre/lib/ext目录下的jar包和class文件。还可以加载-D java.ext.dirs选项指定的目录。
3. Appclass Loader
应用类加载器，加载当前应用classpath下的所有类。

除了以上类加载器之外，还可以自定义加载器。Java的类加载器是一个分级结构：

类加载器层次图

四、双亲委派模型

Java的类加载采用了双亲委派模型，如上面的类加载器层次图所示，当一个类加载器收到加载任务时，会先交予它的父加载器去执行，如此一层一层往上知道最顶级的类加载器。只有当父类加载器无法完成任务时，才会交由自己来加载，这就是双亲委派模型。
双亲委派模型的好处：

1. 避免重复加载，父类已经加载过的类，子类无需重新加载。
2. 更加安全，可以保证同一个类被特定的加载器加载，防止用户随意定义加载器来加载核心的api。