java JVM类加载机制 双亲委派机制

类加载是将类的.class文件读入内存，通常是创建一个字节数组读入class文件内容。然后生成对应的class对象，加载类完成，不过这时候的类还不能使用，之后还要经过验证、准备（为静态变量分配内存并设置变量的初始值）、解析（将符号引用替换为直接引用）。最后JVM对类进行初始化，如果当前类有父类，则先去初始化父类。如果当前类中有初始化语句，则去依次执行这些初始化语句。具体过程：

JVM类加载机制分为五个部分：加载，验证，准备，解析，初始化。

 

加载

加载是类加载过程中的一个阶段，这个阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从一个Class文件获取，这里既可以从ZIP包中读取（比如从jar包和war包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将JSP文件转换成对应的Class类）。

验证 

这一阶段的主要目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念，比如一个类变量定义为：

1	public static int v = 8080;

实际上变量v在准备阶段过后的初始值为0而不是8080，将v赋值为8080的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器方法之中，这里我们后面会解释。
但是注意如果声明为：

1	public static final int v = 8080;

在编译阶段会为v生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机会根据ConstantValue属性将v赋值为8080。

解析

解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就是class文件中的：

• CONSTANT_Class_info
• CONSTANT_Field_info
• CONSTANT_Method_info

等类型的常量。

下面我们解释一下符号引用和直接引用的概念：

• 符号引用与虚拟机实现的布局无关，引用的目标并不一定要已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
• 直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。

初始化

初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由JVM主导。到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的Java程序代码。

初始化阶段是执行类构造器方法的过程。方法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟机会保证方法执行之前，父类的方法已经执行完毕。p.s: 如果一个类中没有对静态变量赋值也没有静态语句块，那么编译器可以不为这个类生成()方法。

 

类加载器

虚拟机设计团队把加载动作放到JVM外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类，JVM提供了3种类加载器：

1、Bootstrap ClassLoader：启动类加载器，也叫根类加载器，它负责加载Java的核心类库，加载如(%JAVA_HOME%/lib)目录下的rt.jar（包含System、String这样的核心类）这样的核心类库。根类加载器非常特殊，它不是java.lang.ClassLoader的子类，它是JVM自身内部由C/C++实现的，并不是Java实现的。

2、Extension ClassLoader：扩展类加载器，它负责加载扩展目录(%JAVA_HOME%/jre/lib/ext)下的jar包，用户可以把自己开发的类打包成jar包放在这个目录下即可扩展核心类以外的新功能。

3、System ClassLoader\APP ClassLoader：系统类加载器或称为应用程序类加载器，父类是Extension ClassLoader，是加载CLASSPATH环境变量所指定的jar包与类路径。

4.用户自定义的类：一般来说，用户自定义的类就是由APP ClassLoader加载的。

 

JVM通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器

。

各种类加载器间关系：以组合关系复用父类加载器的父子关系，注意，这里的父子关系并不是以继承关系实现的。

 

//验证类加载器与类加载器间的父子关系  
    public static void main(String[] args) throws Exception{  
        //获取系统/应用类加载器  
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();  
        System.out.println("系统/应用类加载器：" + appClassLoader);  
        //获取系统/应用类加载器的父类加载器，得到扩展类加载器  
        ClassLoader extcClassLoader = appClassLoader.getParent();  
        System.out.println("扩展类加载器" + extcClassLoader);  
        System.out.println("扩展类加载器的加载路径：" + System.getProperty("java.ext.dirs"));  
        //获取扩展类加载器的父加载器，但因根类加载器并不是用Java实现的所以不能获取  
        System.out.println("扩展类的父类加载器：" + extcClassLoader.getParent());  
    }  
}  

输出结果为：

 

 

类加载器的双亲委派加载机制（重点）：当一个类收到了类加载请求，他首先不会尝试自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类去完成，每一个层次类加载器都是如此，因此所有的加载请求都应该传送到启动类加载其中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个请求的时候（在它的加载路径下没有找到所需加载的Class），子类加载器才会尝试自己去加载。

 

这个过程如下图标号过程所示：

 

 

双亲委派模型的源码实现：

主要体现在ClassLoader的loadClass()方法中，思路很简单：先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法，若父类加载器为空则默认使用启动类加载器作为父类加载器。如果父类加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，调用自己的findClass()方法进行加载。

 

public Class loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
        return loadClass(name, false);  
    }  
protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)  
    throws ClassNotFoundException  
    {  
    // First, check if the class has already been loaded  
    Class c = findLoadedClass(name);  
    if (c == null) {  
        try {  
        if (parent != null) {  
            c = parent.loadClass(name, false);  
        } else {  
            c = findBootstrapClassOrNull(name);  
        }  
        } catch (ClassNotFoundException e) {  
                // ClassNotFoundException thrown if class not found  
                // from the non-null parent class loader  
            }  
            if (c == null) {  
            // If still not found, then invoke findClass in order  
            // to find the class.  
            c = findClass(name);  
        }  
    }  
    if (resolve) {  
        resolveClass(c);  
    }  
    return c;  
}  

 

代码演示双亲委派：

 

//输出ClassLoaderText的类加载器名称  
        System.out.println("ClassLoaderText类的加载器的名称:"+test.class.getClassLoader().getClass().getName());  
        System.out.println("System类的加载器的名称:"+System.class.getClassLoader());  
        System.out.println("List类的加载器的名称:"+List.class.getClassLoader());  
  
        ClassLoader cl = test.class.getClassLoader();  
        while(cl != null){  
                System.out.print(cl.getClass().getName()+"->");  
                cl = cl.getParent();  
        }  
        System.out.println(cl);  

输出结果为：

 

1、ClassLoaderTest类是用户定义的类，位于CLASSPATH下，由系统/应用程序类加载器加载。

2、System类与List类都属于Java核心类，由祖先类启动类加载器加载，而启动类加载器是在JVM内部通过C/C++实现的，并不是Java，自然也就不能继承ClassLoader类，自然就不能输出其名称。

3、而箭头项代表的就是类加载的流程，层级委托，从祖先类加载器开始，直到系统/应用程序类加载器处才被加载。

 

 

委托机制的意义 

主要是防止内存中出现多份同样的字节码 

比如两个类A和类B都要加载System类：
如果不用委托而是自己加载自己的，那么类A就会加载一份System字节码，然后类B又会加载一份System字节码，这样内存中就出现了两份System字节码。
如果使用委托机制，会递归的向父类查找，也就是首选用Bootstrap尝试加载，如果找不到再向下。这里的System就能在Bootstrap中找到然后加载，如果此时类B也要加载System，也从Bootstrap开始，此时Bootstrap发现已经加载过了System那么直接返回内存中的System即可而不需要重新加载，这样内存中就只有一份System的字节码了。