JVM之类加载与字节码（二）

3. 编译期处理

什么是语法糖

所谓的 语法糖 ，其实就是指 java 编译器把 *.java 源码编译为 *.class 字节码的过程中，自动生成 和转换的一些代码，主要是为了减轻程序员的负担，算是 java 编译器给我们的一个额外福利（给糖吃）

以下代码分析的前提

注意，以下代码的分析，借助了 javap 工具、idea 的反编译功能、idea 插件、jclasslib 等工具。另外， 编译器转换的结果直接就是 class 字节码，只是为了便于阅读，给出了 几乎等价 的 java 源码方式，并不是编译器还会转换出中间的 java 源码，切记。

3.1 默认构造器

public class Candy1 {
}

编译成class后的代码：

public class Candy1 {
    // 这个无参构造是编译器帮助我们加上的
    public Candy1() {
        super(); // 即调用父类 Object 的无参构造方法，即调用 java/lang/Object."
":()V
    }
}

3.2 自动拆装箱

这个特性是 JDK 5 开始加入的， 代码片段1 ：

public class Candy2 {
    public static void main(String[] args) {
        Integer x = 1;
        int y = x;
    }
}

这段代码在 JDK 5 之前是无法编译通过的，必须改写为 代码片段2 :

public class Candy2 {
    public static void main(String[] args) {
        Integer x = Integer.valueOf(1);
        int y = x.intValue();
    }
}

        显然之前版本的代码太麻烦了，需要在基本类型和包装类型之间来回转换（尤其是集合类中操作的都是包装类型），因此这些转换的事情在 JDK 5 以后都由编译器在编译阶段完成。即 代码片段1 都会在编 译阶段被转换为 代码片段2

3.3 泛型集合取值

泛型也是在 JDK 5 开始加入的特性，但 java 在编译泛型代码后会执行 泛型擦除 的动作，即泛型信息 在编译为字节码之后就丢失了，实际的类型都当做了 Object 类型来处理：

public class Candy3 {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList<>();
        list.add(10); // 实际调用的是 List.add(Object e)
        Integer x = list.get(0); // 实际调用的是 Object obj = List.get(int index);
    }
}

所以在取值时，编译器真正生成的字节码中，还要额外做一个类型转换的操作：

// 需要将 Object 转为 Integer
Integer x = (Integer)list.get(0)

如果前面的 x 变量类型修改为 int 基本类型那么最终生成的字节码是：

// 需要将 Object 转为 Integer, 并执行拆箱操作
int x = ((Integer)list.get(0)).intValue();

擦除的是字节码上的泛型信息，可以看到 LocalVariableTypeTable 仍然保留了方法参数泛型的信息

public cn.itcast.jvm.t3.candy.Candy3();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
        stack=1, locals=1, args_size=1
            0: aload_0
            1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."
":()V
            4: return
    LineNumberTable:
            line 6: 0
    LocalVariableTable:
        Start Length Slot Name Signature
          0     5     0   this Lcn/itcast/jvm/t3/candy/Candy3;
    public static void main(java.lang.String[]);
        descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
        flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
        Code:
            stack=2, locals=3, args_size=1
                0: new #2 // class java/util/ArrayList
                3: dup
                4: invokespecial #3 // Method java/util/ArrayList."
":()V
                7: astore_1
                8: aload_1
                9: bipush 10
                11: invokestatic #4 // Method
java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
                14: invokeinterface #5, 2 // InterfaceMethod
java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z
                19: pop
                20: aload_1
                21: iconst_0
                22: invokeinterface #6, 2 // InterfaceMethod
java/util/List.get:(I)Ljava/lang/Object;
                27: checkcast #7 // class java/lang/Integer
                30: astore_2
                31: return
        LineNumberTable:
                line 8: 0
                line 9: 8
                line 10: 20
                line 11: 31
        LocalVariableTable:
            Start Length Slot Name Signature
             0     32     0   args [Ljava/lang/String;
             8     24     1   list Ljava/util/List;
        LocalVariableTypeTable:
            Start Length Slot Name Signature
              8    24     1   list Ljava/util/List;

使用反射，仍然能够获得这些信息：

public Set test(List list, Map map) {
}

Method test = Candy3.class.getMethod("test", List.class, Map.class);
Type[] types = test.getGenericParameterTypes();
for (Type type : types) {
    if (type instanceof ParameterizedType) {
        ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) type;
        System.out.println("原始类型 - " + parameterizedType.getRawType());
        Type[] arguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
        for (int i = 0; i < arguments.length; i++) {
            System.out.printf("泛型参数[%d] - %s\n", i, arguments[i]);
        }
    }
}

输出

原始类型 - interface java.util.List
泛型参数[0] - class java.lang.String
原始类型 - interface java.util.Map
泛型参数[0] - class java.lang.Integer
泛型参数[1] - class java.lang.Object

3.4 可变参数

可变参数也是 JDK 5 开始加入的新特性：

Java代码

public class Candy4 {
    public static void foo(String... args) {
        String[] array = args; // 直接赋值
        System.out.println(array);
    }

    public static void main(String[] args) {
        foo("hello", "world");
    }
}

被编译器转换后的代码

可变参数 String... args 其实是一个 String[] args ，从下面的代码中就可以看出来

public class Candy4 {
    public static void foo(String[] args) {
        String[] array = args; // 直接赋值
        System.out.println(array);
    }

    public static void main(String[] args) {
        foo(new String[]{"hello", "world"});
    }
}

注意：如果调用了 foo() 则等价代码为 foo(new String[]{}) ，创建了一个空的数组，而不会传递 null 进去

3.5 foreach 循环

仍是 JDK 5 开始引入的语法糖

1.数组的 foreach 循环

Java代码

public class Candy5_1 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] array = {1, 2, 3, 4, 5}; // 数组赋初值的简化写法也是语法糖哦
        for (int e : array) {
            System.out.println(e);
        }
    }
}

被编译器转换后的代码

public class Candy5_1 {
    public Candy5_1() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        int[] array = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
        for(int i = 0; i < array.length; ++i) {
            int e = array[i];
            System.out.println(e);
        }
    }
}

2.集合的 foreach 循环

Java代码

public class Candy5_2 {
    public static void main(String[] args) {
        List list = Arrays.asList(1,2,3,4,5);
        for (Integer i : list) {
        System.out.println(i);
        }
    }
}

被编译器转换后的代码

实际被编译器转换为对迭代器的调用

public class Candy5_2 {
    public Candy5_2() {
    }
    public static void main(String[] args) {
        List list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
        Iterator iter = list.iterator();
        while(iter.hasNext()) {
            Integer e = (Integer)iter.next();
            System.out.println(e);
        }
    }
}

注意：foreach 循环写法，能够配合数组，以及所有实现了 Iterable 接口的集合类一起使用，其中 Iterable 用来获取集合的迭代器（ Iterator ）

3.6 switch

字符串从 JDK 7 开始，switch 可以作用于字符串和枚举类，这个功能其实也是语法糖

1. switch 字符串

Java代码

public class Candy6_1 {
    public static void choose(String str) {
        switch (str) {
            case "hello": {
                System.out.println("h");
                break;
            }
            case "world": {
                System.out.println("w");
                break;
            }
        }
    }
}

注意 switch 配合 String 和枚举使用时，变量不能为null，原因分析完语法糖转换后的代码应当自然清楚

被编译器转换后的代码

public class Candy6_1 {
    public Candy6_1() {
    }
    public static void choose(String str) {
        byte x = -1;
        switch(str.hashCode()) {
        case 99162322: // hello 的 hashCode
            if (str.equals("hello")) {
                x = 0;
            }
            break;
        case 113318802: // world 的 hashCode
            if (str.equals("world")) {
                x = 1;
            }
        }
        switch(x) {
        case 0:
            System.out.println("h");
            break;
        case 1:
            System.out.println("w");
        }
    }
}

可以看到，执行了两遍 switch，第一遍是根据字符串的 hashCode 和 equals 将字符串的转换为相应 byte 类型，第二遍才是利用 byte 执行进行比较。

为什么第一遍时必须既比较 hashCode，又利用 equals 比较呢？hashCode 是为了提高效率，减少可能的比较；而 equals 是为了防止 hashCode 冲突，例如 BM 和 C，这两个字符串的hashCode值都是 2123 ，如果有如下Java代码：

public class Candy6_2 {
    public static void choose(String str) {
        switch (str) {
            case "BM": {
                System.out.println("h");
                break;
            }
            case "C.": {
                System.out.println("w");
                break;
            }
        }
    }
}

被编译器转换后的代码

public class Candy6_2 {
    public Candy6_2() {
    }
    public static void choose(String str) {
        byte x = -1;
        switch(str.hashCode()) {
        case 2123: // hashCode 值可能相同，需要进一步用 equals 比较
            if (str.equals("C.")) {
                x = 1;
            } else if (str.equals("BM")) {
                x = 0;
            }
        default:
            switch(x) {
            case 0:
                System.out.println("h");
                break;
            case 1:
                System.out.println("w");
            }
        }
    }
}

2.switch 枚举

Java代码

enum Sex {
    MALE, FEMALE
}

public class Candy7 {
    public static void foo(Sex sex) {
        switch (sex) {
            case MALE:
                System.out.println("男"); break;
            case FEMALE:
                System.out.println("女"); break;
        }
    }
}

被编译器转换后的代码

public class Candy7 {
    /**
     * 定义一个合成类（仅 jvm 使用，对我们不可见）
     * 用来映射枚举的 ordinal 与数组元素的关系
     * 枚举的 ordinal 表示枚举对象的序号，从 0 开始
     * 即 MALE 的 ordinal()=0，FEMALE 的 ordinal()=1
    */
    static class $MAP {
        // 数组大小即为枚举元素个数，里面存储case用来对比的数字
        static int[] map = new int[2];
        static {
            map[Sex.MALE.ordinal()] = 1;
            map[Sex.FEMALE.ordinal()] = 2;
        }
    }

    public static void foo(Sex sex) {
        int x = $MAP.map[sex.ordinal()];
        switch (x) {
            case 1:
                System.out.println("男");
                break;
            case 2:
                System.out.println("女");
                break;
        }
    }
}

3.7 枚举类

JDK 7 新增了枚举类，以前面的性别枚举为例：

Java代码

enum Sex {
    MALE, FEMALE
}

转换后代码

public final class Sex extends Enum {
    public static final Sex MALE;
    public static final Sex FEMALE;
    private static final Sex[] $VALUES;
    static {
        MALE = new Sex("MALE", 0);
        FEMALE = new Sex("FEMALE", 1);
        $VALUES = new Sex[]{MALE, FEMALE};
    }
    /**
     * Sole constructor. Programmers cannot invoke this constructor.
     * It is for use by code emitted by the compiler in response to
     * enum type declarations.
     *
     * @param name - The name of this enum constant, which is the identifier
     * used to declare it.
     * @param ordinal - The ordinal of this enumeration constant (its position
     * in the enum declaration, where the initial constant is
     assigned
    */
    private Sex(String name, int ordinal) {
        super(name, ordinal);
    }
    public static Sex[] values() {
        return $VALUES.clone();
    }
    public static Sex valueOf(String name) {
        return Enum.valueOf(Sex.class, name);
    }
}

3.8 try-with-resources

JDK 7 开始新增了对需要关闭的资源处理的特殊语法 try-with-resources

语法格式

try(资源变量 = 创建资源对象){

} catch( ) {

}

Java代码

其中资源对象需要实现 AutoCloseable 接口，例如 InputStream 、 OutputStream 、 Connection 、 Statement 、 ResultSet 等接口都实现了 AutoCloseable ，使用 try-with-resources 可以不用写 finally 语句块，编译器会帮助生成关闭资源代码

public class Candy9 {
    public static void main(String[] args) {
        try(InputStream is = new FileInputStream("d:\\1.txt")) {
            System.out.println(is);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

转换后代码

public class Candy9 {
    public Candy9() {
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            InputStream is = new FileInputStream("d:\\1.txt");
            Throwable t = null;
            try {
                System.out.println(is);
            } catch (Throwable e1) {
                // t 是我们代码出现的异常
                t = e1;
                throw e1;
            } finally {
                // 判断了资源不为空
                if (is != null) {
                    // 如果我们代码有异常
                    if (t != null) {
                    try {
                        is.close();
                    } catch (Throwable e2) {
                        // 如果 close 出现异常，作为被压制异常添加
                        t.addSuppressed(e2);
                    }
                    } else {
                        // 如果我们代码没有异常，close 出现的异常就是最后 catch 块中的 e
                        is.close();
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

为什么要设计一个 addSuppressed(Throwable e) （添加被压制异常）的方法呢？是为了防止异常信息的丢失（想想 try-with-resources 生成的 fianlly 中如果抛出了异常）：

Java代码

public class Test6 {
    public static void main(String[] args) {
        try (MyResource resource = new MyResource()) {
            int i = 1/0;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class MyResource implements AutoCloseable {
    public void close() throws Exception {
        throw new Exception("close 异常");
    }
}

输出：

java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at test.Test6.main(Test6.java:7)
    Suppressed: java.lang.Exception: close 异常
        at test.MyResource.close(Test6.java:18)
        at test.Test6.main(Test6.java:6)

• 如以上代码所示，两个异常信息都不会丢。

3.9 方法重写时的桥接方法

方法重写时对返回值分两种情况：

• 父子类的返回值完全一致
• 子类返回值可以是父类返回值的子类

Java代码

class A {
    public Number m() {
        return 1;
    }
}
class B extends A {
    @Override
    // 子类 m 方法的返回值是 Integer 是父类 m 方法返回值 Number 的子类
    public Integer m() {
        return 2;
    }
}

子类转换后的代码

class B extends A {
    public Integer m() {
        return 2;
    }

    // 此方法才是真正重写了父类 public Number m() 方法
    public synthetic bridge Number m() {
        // 调用 public Integer m()
        return m();
    }
}

其中桥接方法比较特殊，仅对 java 虚拟机可见，并且与原来的 public Integer m() 没有命名冲突，可以用下面反射代码来验证：

for (Method m : B.class.getDeclaredMethods()) {
    System.out.println(m);
}

会输出：

public java.lang.Integer test.candy.B.m()
public java.lang.Number test.candy.B.m()

3.10 匿名内部类

Java代码

public class Candy11 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("ok");
            }
        };
    }
}

转换后的代码

// 额外生成的类
final class Candy11$1 implements Runnable {
    Candy11$1() {
    }
    public void run() {
        System.out.println("ok");
    }
}

public class Candy11 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable runnable = new Candy11$1();
    }
}

引用局部变量的匿名内部类的Java代码

public class Candy11 {
    public static void test(final int x) {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("ok:" + x);
            }
        };
    }
}

转换后代码：

// 额外生成的类
final class Candy11$1 implements Runnable {
    int val$x;
    Candy11$1(int x) {
        this.val$x = x;
    }
    public void run() {
        System.out.println("ok:" + this.val$x);
    }
}

public class Candy11 {
    public static void test(final int x) {
        Runnable runnable = new Candy11$1(x);
    }
}

注意

这同时解释了为什么匿名内部类引用局部变量时，局部变量必须是 final 的：因为在创建 Candy11$1 对象时，将 x 的值赋值给了 Candy11$1 对象的 val$x 属性，所以 x 不应该再发生变 化了，如果变化，那么 val$x 属性没有机会再跟着一起变化。

4. 类加载阶段

4.1 加载

将类的字节码载入方法区中，内部采用 C++ 的 instanceKlass 描述 java 类，它的重要 field 有：

• _java_mirror 即 java 的类镜像，例如对 String 来说，就是 String.class，作用是把 klass 暴露给 java 使用
• _super 即父类
• _fields 即成员变量
• _methods 即方法
• _constants 即常量池
• _class_loader 即类加载器 +
• _vtable 虚方法表
• _itable 接口方法表

如果这个类还有父类没有加载，先加载父类

加载和链接可能是交替运行的

注意

• instanceKlass 这样的【元数据】是存储在方法区（1.8 后的元空间内），但 _java_mirror 是存储在堆中
• 可以通过前面介绍的 HSDB 工具查看

4.2 链接

链接分为验证、准备、解析三个子阶段

4.2.1 验证

验证类是否符合 JVM 规范，安全性检查

用 UE 等支持二进制的编辑器修改 HelloWorld.class 的魔数检查其修改后是否能够通过安全性检查，在控制台运行。

E:\git\jvm\out\production\jvm>java cn.itcast.jvm.t5.HelloWorld
Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again
Exception in thread "main" java.lang.ClassFormatError: Incompatible magic value
3405691578 in class file cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld
        at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
        at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
        at
java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)
        at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:467)
        at java.net.URLClassLoader.access$100(URLClassLoader.java:73)
        at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:368)
        at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:362)
        at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
        at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:361)
        at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
        at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:331)
        at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
        at sun.launcher.LauncherHelper.checkAndLoadMain(LauncherHelper.java:495)

修改完 HelloWorld.class 的魔数后，报错信息如上图所示，说明验证没有通过

4.2.2 准备

为 static 变量分配空间，设置默认值

• static 变量在 JDK 7 之前存储于 instanceKlass 末尾，从 JDK 7 开始，存储于 _java_mirror 末尾
• static 变量分配空间和赋值是两个步骤，分配空间在准备阶段完成，赋值在初始化阶段完成
• 如果 static 变量是 final 的基本类型，以及字符串常量，那么编译阶段值就确定了，赋值在准备阶 段完成
• 如果 static 变量是 final 的，但属于引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成

4.2.3 解析

将常量池中的符号引用解析为直接引用

package cn.itcast.jvm.t3.load;
/**
* 解析的含义
*/
public class Load2 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException,
IOException {
        ClassLoader classloader = Load2.class.getClassLoader();
        // loadClass 方法不会导致类的解析和初始化
        Class c = classloader.loadClass("cn.itcast.jvm.t3.load.C");

        new C();
        System.in.read();
    }
}

class C {
    D d = new D();
}

class D {
}

4.3 初始化

1.初始化时调用的方法

初始化即调用()V 方法，虚拟机会保证这个类的『构造方法』的线程安全

2.初始化发生的时机

概括得说，类初始化是【懒惰的】

• main 方法所在的类，总会被首先初始化
• 首次访问这个类的静态变量或静态方法时
• 子类初始化，如果父类还没初始化，会引发
• 子类访问父类的静态变量，只会触发父类的初始化
• Class.forName
• new 会导致初始化

不会导致类初始化的情况

• 访问类的 static final 静态常量（基本类型和字符串）不会触发初始化
• 类对象.class 不会触发初始化
• 创建该类的数组不会触发初始化
• 类加载器的 loadClass 方法
• Class.forName 的参数 2 为 false 时

3.实验验证初始化发生的时机

实验用到的类

class A {
    static int a = 0;
    static {
        System.out.println("a init");
    }
}

class B extends A {
    final static double b = 5.0;
    static boolean c = false;
    static {
        System.out.println("b init");
    }
}

验证（实验时请先全部注释，每次只执行其中一个）

public class Load3 {
    static {
        System.out.println("main init");
    }
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 1. 静态常量（基本类型和字符串）不会触发初始化
        System.out.println(B.b);
        // 2. 类对象.class 不会触发初始化
        System.out.println(B.class);
        // 3. 创建该类的数组不会触发初始化
        System.out.println(new B[0]);
        // 4. 不会初始化类 B，但会加载 B、A
        ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        cl.loadClass("cn.itcast.jvm.t3.B");
        // 5. 不会初始化类 B，但会加载 B、A
        ClassLoader c2 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.B", false, c2);
        // 1. 首次访问这个类的静态变量或静态方法时
        System.out.println(A.a);
        // 2. 子类初始化，如果父类还没初始化，会引发
        System.out.println(B.c);
        // 3. 子类访问父类静态变量，只触发父类初始化
        System.out.println(B.a);
        // 4. 会初始化类 B，并先初始化类 A
        Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.B");
    }
}

5. 类加载器

以 JDK 8 为例：

5.1 启动类加载器

用 Bootstrap 类加载器加载类

Java类

package cn.itcast.jvm.t3.load;
    public class F {
    static {
        System.out.println("bootstrap F init");
    }
}

执行

package cn.itcast.jvm.t3.load;
public class Load5_1 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class aClass = Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.load.F");
        System.out.println(aClass.getClassLoader());
    }
}

输出

E:\git\jvm\out\production\jvm>java -Xbootclasspath/a:.
cn.itcast.jvm.t3.load.Load5
bootstrap F init
null

-Xbootclasspath 表示设置 bootclasspath

其中 /a:. 表示将当前目录追加至 bootclasspath 之后

可以用这个办法替换核心类

• java -Xbootclasspath:
• java -Xbootclasspath/a:
• java -Xbootclasspath/p:

5.2 扩展类加载器

Java类

package cn.itcast.jvm.t3.load;
public class G {
    static {
        System.out.println("classpath G init");
    }
}

执行

public class Load5_2 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class aClass = Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.load.G");
        System.out.println(aClass.getClassLoader());
    }
}

输出

classpath G init
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

写一个同名的类

package cn.itcast.jvm.t3.load;
public class G {
    static {
        System.out.println("ext G init");
    }
}

打个 jar 包

E:\git\jvm\out\production\jvm>jar -cvf my.jar cn/itcast/jvm/t3/load/G.class
已添加清单
正在添加: cn/itcast/jvm/t3/load/G.class(输入 = 481) (输出 = 322)(压缩了 33%)

将 jar 包拷贝到 JAVA_HOME/jre/lib/ext

重新执行 Load5_2

输出

ext G init
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@29453f44

5.3 双亲委派模式

所谓的双亲委派，就是指调用类加载器的 loadClass 方法时，查找类的规则

protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 1. 检查该类是否已经加载
        Class c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {
                    // 2. 有上级的话，委派上级 loadClass
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 3. 如果没有上级了（ExtClassLoader），则委派BootstrapClassLoader
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
            }

            if (c == null) {
                long t1 = System.nanoTime();
                // 4. 每一层找不到，调用 findClass 方法（每个类加载器自己扩展）来加载
                c = findClass(name);

                // 5. 记录耗时
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

例如：

public class Load5_3 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class aClass = Load5_3.class.getClassLoader()
            .loadClass("cn.itcast.jvm.t3.load.H");
        System.out.println(aClass.getClassLoader());
    }
}

执行流程为：

1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader //1 处， 开始查看已加载的类，结果没有

2. sun.misc.Launcher$AppClassLoader // 2 处，委派上级 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader.loadClass()

3. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader // 1 处，查看已加载的类，结果没有

4. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader // 3 处，没有上级了，则委派 BootstrapClassLoader 查找

5. BootstrapClassLoader 是在 JAVA_HOME/jre/lib 下找 H 这个类，显然没有

6. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader // 4 处，调用自己的 findClass 方法，是在 JAVA_HOME/jre/lib/ext 下找 H 这个类，显然没有，回到 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 的 // 2 处

7. 继续执行到 sun.misc.Launcher$AppClassLoader // 4 处，调用它自己的 findClass 方法，在 classpath 下查找，找到了

5.4 线程上下文类加载器

我们在使用 JDBC 时，都需要加载 Driver 驱动，不知道你注意到没有，不写

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")

也是可以让 com.mysql.jdbc.Driver 正确加载的，你知道是怎么做的吗？

让我们追踪一下源码：

public class DriverManager {
    // 注册驱动的集合
    private final static CopyOnWriteArrayList registeredDrivers
    = new CopyOnWriteArrayList<>();
    // 初始化驱动
    static {
        loadInitialDrivers();
        println("JDBC DriverManager initialized");
    }

先不看别的，看看 DriverManager 的类加载器：

System.out.println(DriverManager.class.getClassLoader());

打印 null，表示它的类加载器是 Bootstrap ClassLoader，会到 JAVA_HOME/jre/lib 下搜索类，但 JAVA_HOME/jre/lib 下显然没有 mysql-connector-java-5.1.47.jar 包，这样问题来了，在 DriverManager 的静态代码块中，怎么能正确加载 com.mysql.jdbc.Driver 呢？

继续看 loadInitialDrivers() 方法：

private static void loadInitialDrivers() {
    String drivers;
    try {
        drivers = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction
() {
            public String run() {
                return System.getProperty("jdbc.drivers");
            }
        });
    } catch (Exception ex) {
        drivers = null;
    }
    // 1）使用 ServiceLoader 机制加载驱动，即 SPI
    AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
        public Void run() {
            ServiceLoader loadedDrivers =
ServiceLoader.load(Driver.class);
            Iterator driversIterator = loadedDrivers.iterator();
            try{
                while(driversIterator.hasNext()) {
                    driversIterator.next();
                }
            } catch(Throwable t) {
            // Do nothing
            }
            return null;
        }
    });
    println("DriverManager.initialize: jdbc.drivers = " + drivers);

    // 2）使用 jdbc.drivers 定义的驱动名加载驱动
    if (drivers == null || drivers.equals("")) {
        return;
    }
    String[] driversList = drivers.split(":");
    println("number of Drivers:" + driversList.length);
    for (String aDriver : driversList) {
        try {
            println("DriverManager.Initialize: loading " + aDriver);
            // 这里的 ClassLoader.getSystemClassLoader() 就是应用程序类加载器
            Class.forName(aDriver, true,
ClassLoader.getSystemClassLoader());
        } catch (Exception ex) {
            println("DriverManager.Initialize: load failed: " + ex);
        }
    }
}

先看 2）发现它最后是使用 Class.forName 完成类的加载和初始化，关联的是应用程序类加载器，因此 可以顺利完成类加载

再看 1）它就是大名鼎鼎的 Service Provider Interface （SPI）

约定如下，在 jar 包的 META-INF/services 包下，以接口全限定名名为文件，文件内容是实现类名称

这样就可以使用

ServiceLoader<接口类型> allImpls = ServiceLoader.load(接口类型.class);
    Iterator<接口类型> iter = allImpls.iterator();
    while(iter.hasNext()) {
        iter.next();
    }

来得到实现类，体现的是【面向接口编程+解耦】的思想，在下面一些框架中都运用了此思想：

• JDBC
• Servlet 初始化器
• Spring 容器
• Dubbo（对 SPI 进行了扩展）

接着看 ServiceLoader.load 方法：

public static  ServiceLoader load(Class service) {
    // 获取线程上下文类加载器
    ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    return ServiceLoader.load(service, cl);
}

线程上下文类加载器是当前线程使用的类加载器，默认就是应用程序类加载器，它内部又是由 Class.forName 调用了线程上下文类加载器完成类加载，具体代码在 ServiceLoader 的内部类 LazyIterator 中：

private S nextService() {
    if (!hasNextService())
        throw new NoSuchElementException();
        String cn = nextName;
        nextName = null;
    Class c = null;
    try {
        c = Class.forName(cn, false, loader);
    } catch (ClassNotFoundException x) {
        fail(service,
            "Provider " + cn + " not found");
    }
    if (!service.isAssignableFrom(c)) {
        fail(service,
            "Provider " + cn + " not a subtype");
       }
    try {
        S p = service.cast(c.newInstance());
        providers.put(cn, p);
        return p;
    } catch (Throwable x) {
        fail(service,
        "Provider " + cn + " could not be instantiated",
        x);
    }
    throw new Error(); // This cannot happen
}

5.5 自定义类加载器

什么时候需要自定义类加载器

• 1）想加载非 classpath 随意路径中的类文件
• 2）都是通过接口来使用实现，希望解耦时，常用在框架设计
• 3）这些类希望予以隔离，不同应用的同名类都可以加载，不冲突，常见于 tomcat 容器

步骤： 

1. 继承 ClassLoader 父类

2. 要遵从双亲委派机制，重写 findClass 方法 注意不是重写 loadClass 方法，否则不会走双亲委派机制

3. 读取类文件的字节码

4. 调用父类的 defineClass 方法来加载类

5. 使用者调用该类加载器的 loadClass 方法

6.运行期优化

6.1 即时编译