JVM 类加载那点事

类加载过程

我们编写的 .java 文件经过编译器编译过后生成.class 文件，该文件保存着转换后的虚拟机指令。上图加载（Loading）的过程就是 JVM 读取 .class 文件并加载到内存，同时在堆内存中创建对应的 class 对象。

类加载机制的层次结构

步骤一（加载）

加载

将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构，在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区类数据的访问入口，这个过程需要类加载器参与。

.class文件加载到运行时的方法区中，CPU再从内存中读取指令和数据进行运算，并将运算结果存入内存中。内存在该过程中充当着"二传手"的作用，通俗的讲，如果没有内存，类加载器从外部存储设备调入.class文件二进制数据直接给CPU处理，而由于CPU的处理速度远远大于调入数据的速度，容易造成数据的脱节，所以需要内存起缓冲作用。

Class对象是在加载类的过程中创建的，每个类都对应有一个Class类型的对象，Class类的构造方法是私有的，只有JVM能够创建。

步骤二（连接过程）

将java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程

• 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题
• 准备：正式为类变量（static变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配
• 解析：虚拟机常量池的符号引用替换为字节引用过程

步骤三（初始化）

类加载器的层次结构

类加载器结构

引导（Bootstrap）类加载器

启动类加载器主要加载的是JVM自身需要的类，这个类加载使用C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分，它负责将 %JAVA_HOME%\lib路径下的核心类库或-Xbootclasspath参数指定的路径下的jar包加载到内存中，注意必由于虚拟机是按照文件名识别加载jar包的，如rt.jar，如果文件名不被虚拟机识别，即使把jar包丢到lib目录下也是没有作用的(出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类)。

扩展（Extension）类加载器

扩展类加载器是指Sun公司(已被Oracle收购)实现的sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类，由Java语言实现的，是Launcher的静态内部类，它负责加载%JAVA_HOME%/lib/ext目录下或者由系统变量-Djava.ext.dir指定位路径中的类库，开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

开发小技巧：
可以把数据库驱动包放这里 -- mysql、sqlserver 等

jre 添加扩展包

系统（System）类加载器

它负责加载系统类路径java -classpath或-D java.class.path 指定路径下的类库，也就是我们经常用到的classpath路径 。

理解双亲委派模式

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象，而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派模式即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式。

• 随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，避免类的重复加载
• 安全，防止核心API库被随意篡改

双亲委派

采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。其次是考虑到安全因素，java核心api中定义类型不会被随意替换，假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委托模式传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随意篡改。可能你会想，如果我们在classpath路径下自定义一个名为java.lang.SingleInterge类(该类是胡编的)呢？该类并不存在java.lang中，经过双亲委托模式，传递到启动类加载器中，由于父类加载器路径下并没有该类，所以不会加载，将反向委托给子类加载器加载，最终会通过系统类加载器加载该类。但是这样做是不允许，因为java.lang是核心API包，需要访问权限，强制加载将会报出如下异常

package java.lang;

public class demo_001 {
    public static void main(String[] args) {
        // 核心API包
        System.out.print("核心API包");
    }
}

注意我的包名： java.lang

执行

Exception in thread "main" java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang

类加载器间的关系

我们进一步了解类加载器间的关系(并非指继承关系)，主要可以分为以下4点

• 启动类加载器（Bootstrap Loader），由C++实现，没有父类。
• 拓展类加载器(ExtClassLoader)，由Java语言实现，父类加载器为null
• 系统类加载器(AppClassLoader)，由Java语言实现，父类加载器为ExtClassLoader
• 自定义类加载器，父类加载器为AppClassLoader。

类加载器常用方法

这里列举出来，不作分析。（意在了解）

loadClass(String)

当类加载请求到来时，先从缓存中查找该类对象，如果存在直接返回，如果不存在则交给该类加载去的父加载器去加载，倘若没有父加载则交给顶级启动类加载器去加载，最后倘若仍没有找到，则使用findClass()方法去加载。

this.getClass().getClassLoader().loadClass("className");

findClass(String)

findClass()方法是在loadClass()方法中被调用的，当loadClass()方法中父加载器加载失败后，则会调用自己的findClass()方法来完成类加载，这样就可以保证自定义的类加载器也符合双亲委托模式。需要注意的是ClassLoader类中并没有实现findClass()方法的具体代码逻辑，取而代之的是抛出ClassNotFoundException异常，同时应该知道的是findClass方法通常是和defineClass方法一起使用的。

defineClass(byte[] b, int off, int len)

defineClass()方法是用来将byte字节流解析成JVM能够识别的Class对象(ClassLoader中已实现该方法逻辑)，通过这个方法不仅能够通过class文件实例化class对象，也可以通过其他方式实例化class对象，如通过网络接收一个类的字节码，然后转换为byte字节流创建对应的Class对象，defineClass()方法通常与findClass()方法一起使用，一般情况下，在自定义类加载器时，会直接覆盖ClassLoader的findClass()方法并编写加载规则，取得要加载类的字节码后转换成流，然后调用defineClass()方法生成类的Class对象