类加载机制详解

目录：

1. 类加载的定义

2. 类加载器的层次结构

3. 类加载的过程

4. 类加载器的自定义

5. 类加载机制应用

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1. 类加载的定义

在Java中，类加载是指将类的字节码文件加载到内存中，并在JVM中创建一个代表这个类的Class对象。类加载器是执行这一任务的关键组件，负责从文件系统、网络或其他来源加载类的字节码。

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2. 类加载器的层次结构

Java的类加载器采用了双亲委派模型，这是一种层次化的结构，其中每个类加载器都有一个父类加载器。当一个类加载器收到加载类的请求时，它会先将这个请求委派给父类加载器。只有在父类加载器无法完成加载任务时，子类加载器才会尝试加载类。

• Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）： 负责加载Java核心类库，如java.lang包中的类。通常由JVM实现提供，无法直接在Java代码中获取。

• Extension ClassLoader（扩展类加载器）： 负责加载Java的扩展库，位于java.ext.dirs系统属性指定的目录中。

• Application ClassLoader（应用程序类加载器）： 也称为系统类加载器，负责加载应用程序类路径（Classpath）上指定的类。它是开发者最常接触的类加载器。

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3. 类加载的过程

类加载的过程可以分为以下三个阶段：

• 加载（Loading）： 类加载器通过类的全限定名定位并读取类的字节码文件，将其加载到内存中。

• 链接（Linking）： 链接阶段分为三个子阶段：

  • 验证（Verification）： 确保加载的类文件符合JVM规范，并且没有安全方面的问题。

  • 准备（Preparation）： 为类的静态变量分配内存，并初始化为默认值。

  • 解析（Resolution）： 将类的符号引用转换为直接引用，即将常量池中的类、方法、字段等符号引用解析为直接引用。
     

    final String s = "test";
    
    // 这里的 test 会进入到.class文件中
    // 与此同时.class 文件的二进制指令中,也会有一个 s 这样的引用被创建出来~~
    // 由于引用里本质上保存的是一个变量的地址,在.class 文件中,这是文件,不涉及到内存地址
    // 因此在.class 文件中,s 的初始化语句,就会先被设置成一个"文件的偏移量"
    // 通过偏移量,就能找到“test"这个字符串所在的位置
    // 当我们这个类真正被加载到内存中的时候,再把这个偏移量,替换回真正的内存地址

• 初始化（Initialization）： 在这个阶段，JVM会执行类的初始化代码，包括执行静态变量的赋值和执行静态代码块。这是类加载的最后一个阶段。

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4. 类加载器的自定义

在Java中，我们可以通过自定义类加载器来扩展类的加载方式。这通常用于实现一些特殊的加载需求，例如加载加密的类文件或从网络动态加载类等。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    public Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义加载逻辑
        byte[] classData = loadClassData(name);
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        // 从文件或网络中加载类的字节码
        // 返回字节数组
    }
}

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5. 类加载机制应用

理解类加载机制对于Java程序员来说是至关重要的，特别是在以下场景：

• 动态代理： Java中的动态代理就是基于类加载机制实现的，通过动态生成代理类的字节码并加载。

• 模块化编程： 模块系统（如Java 9的模块化系统）依赖于类加载机制，确保模块的隔离性和安全性。

• 插件化架构： 一些应用允许通过插件动态扩展功能，这通常需要自定义类加载器来加载插件。