前言

今天我們來講講jvm里類加載的過程，我們寫了那么多類，卻不知道類的加載過程，豈不是很尷尬。

jvm的啟動是通過引導(dǎo)類加載器（bootstrap class loader）創(chuàng)建一個初始類（initial class）來完成的，這個類是由jvm的具體實(shí)現(xiàn)指定的。[來自官方規(guī)范]

jvm組成結(jié)構(gòu)之一就是類裝載器子系統(tǒng)，我們今天就來仔細(xì)講講這個組件。

Java代碼執(zhí)行流程圖

大家通過這個流程圖，了解一下我們寫好的Java代碼是如何執(zhí)行的，其中要經(jīng)歷類加載器這個流程，我們就來仔細(xì)講講這里面的知識點(diǎn)。

類加載子系統(tǒng)

類加載系統(tǒng)架構(gòu)圖

暫時看不懂這兩張圖沒關(guān)系，跟著老哥往下看

類的生命周期

類的生命周期包括：加載、鏈接、初始化、使用和卸載，其中加載、鏈接、初始化，屬于類加載的過程，我們下面仔細(xì)講解。使用是指我們new對象進(jìn)行使用，卸載指對象被垃圾回收掉了。

類加載的過程

•     第一步：Loading加載

通過類的全限定名（包名 + 類名），獲取到該類的.class文件的二進(jìn)制字節(jié)流

將二進(jìn)制字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為方法區(qū)運(yùn)行時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在內(nèi)存中生成一個代表該類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口

總結(jié)：加載二進(jìn)制數(shù)據(jù)到內(nèi)存 —> 映射成jvm能識別的結(jié)構(gòu) —> 在內(nèi)存中生成class文件。

•  第二步：Linking鏈接

鏈接是指將上面創(chuàng)建好的class類合并至Java虛擬機(jī)中，使之能夠執(zhí)行的過程，可分為驗證、準(zhǔn)備、解析三個階段。

① 驗證（Verify）

確保class文件中的字節(jié)流包含的信息，符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，保證這個被加載的class類的正確性，不會危害到虛擬機(jī)的安全。

② 準(zhǔn)備（Prepare）

為類中的靜態(tài)字段分配內(nèi)存，并設(shè)置默認(rèn)的初始值，比如int類型初始值是0。被final修飾的static字段不會設(shè)置，因為final在編譯的時候就分配了

③ 解析（Resolve）

解析階段的目的，是將常量池內(nèi)的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過程（將常量池內(nèi)的符號引用解析成為實(shí)際引用）。如果符號引用指向一個未被加載的類，或者未被加載類的字段或方法，那么解析將觸發(fā)這個類的加載（但未必觸發(fā)這個類的鏈接以及初始化。）

事實(shí)上，解析器操作往往會伴隨著 JVM 在執(zhí)行完初始化之后再執(zhí)行。 符號引用就是一組符號來描述所引用的目標(biāo)。符號引用的字面量形式明確定義在《Java 虛擬機(jī)規(guī)范》的Class文件格式中。直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標(biāo)的句柄。

解析動作主要針對類、接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等。對應(yīng)常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。

•  第三步：initialization初始化

初始化就是執(zhí)行類的構(gòu)造器方法init()的過程。

這個方法不需要定義，是javac編譯器自動收集類中所有類變量的賦值動作和靜態(tài)代碼塊中的語句合并來的。

若該類具有父類，jvm會保證父類的init先執(zhí)行，然后在執(zhí)行子類的init。

類加載器的分類

•  第一個：啟動類/引導(dǎo)類：Bootstrap ClassLoader

這個類加載器使用C/C++語言實(shí)現(xiàn)的，嵌套在JVM內(nèi)部，java程序無法直接操作這個類。

它用來加載Java核心類庫，如：JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar、sun.boot.class.path路徑下的包，用于提供jvm運(yùn)行所需的包。

并不是繼承自java.lang.ClassLoader，它沒有父類加載器

它加載擴(kuò)展類加載器和應(yīng)用程序類加載器，并成為他們的父類加載器

出于安全考慮，啟動類只加載包名為：java、javax、sun開頭的類

•  第二個：擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader

Java語言編寫，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，我們可以用Java程序操作這個加載器

派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為啟動類加載器

從系統(tǒng)屬性：java.ext.dirs目錄中加載類庫，或者從JDK安裝目錄：jre/lib/ext目錄下加載類庫。我們就可以將我們自己的包放在以上目錄下，就會自動加載進(jìn)來了。

• 第三個：應(yīng)用程序類加載器：Application Classloader

Java語言編寫，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實(shí)現(xiàn)。

派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為啟動類加載器

它負(fù)責(zé)加載環(huán)境變量classpath或者系統(tǒng)屬性java.class.path指定路徑下的類庫

它是程序中默認(rèn)的類加載器，我們Java程序中的類，都是由它加載完成的。

我們可以通過ClassLoader#getSystemClassLoader()獲取并操作這個加載器

• 第四個：自定義加載器

一般情況下，以上3種加載器能滿足我們?nèi)粘５拈_發(fā)工作，不滿足時，我們還可以自定義加載器

比如用網(wǎng)絡(luò)加載Java類，為了保證傳輸中的安全性，采用了加密操作，那么以上3種加載器就無法加載這個類，這時候就需要自定義加載器

自定義加載器實(shí)現(xiàn)步驟

繼承java.lang.ClassLoader類，重寫findClass()方法

如果沒有太復(fù)雜的需求，可以直接繼承URLClassLoader類，重寫loadClass方法，具體可參考AppClassLoader和ExtClassLoader。

獲取ClassLoader幾種方式

它是一個抽象類，其后所有的類加載器繼承自 ClassLoader（不包括啟動類加載器） 

// 方式一：獲取當(dāng)前類的 ClassLoader  
clazz.getClassLoader()  
// 方式二：獲取當(dāng)前線程上下文的 ClassLoader  
Thread.currentThread().getContextClassLoader()  
// 方式三：獲取系統(tǒng)的 ClassLoader  
ClassLoader.getSystemClassLoader()  
// 方式四：獲取調(diào)用者的 ClassLoader  
DriverManager.getCallerClassLoader() 

類加載機(jī)制—雙親委派機(jī)制

jvm對class文件采用的是按需加載的方式，當(dāng)需要使用該類時，jvm才會將它的class文件加載到內(nèi)存中產(chǎn)生class對象。

在加載類的時候，是采用的雙親委派機(jī)制，即把請求交給父類處理的一種任務(wù)委派模式。

•  工作原理

（1）如果一個類加載器接收到了類加載的請求，它自己不會先去加載，會把這個請求委托給父類加載器去執(zhí)行。

（2）如果父類還存在父類加載器，則繼續(xù)向上委托，一直委托到啟動類加載器：Bootstrap ClassLoader

（3）如果父類加載器可以完成加載任務(wù)，就返回成功結(jié)果，如果父類加載失敗，就由子類自己去嘗試加載，如果子類加載失敗就會拋出ClassNotFoundException異常，這就是雙親委派模式

•  第三方包加載方式：反向委派機(jī)制

在Java應(yīng)用中存在著很多服務(wù)提供者接口（Service Provider Interface，SPI），這些接口允許第三方為它們提供實(shí)現(xiàn)，如常見的 SPI 有 JDBC、JNDI等，這些 SPI 的接口屬于 Java 核心庫，一般存在rt.jar包中，由Bootstrap類加載器加載。而Bootstrap類加載器無法直接加載SPI的實(shí)現(xiàn)類，同時由于雙親委派模式的存在，Bootstrap類加載器也無法反向委托AppClassLoader加載器SPI的實(shí)現(xiàn)類。在這種情況下，我們就需要一種特殊的類加載器來加載第三方的類庫，而線程上下文類加載器（雙親委派模型的破壞者）就是很好的選擇。

從圖可知rt.jar核心包是有Bootstrap類加載器加載的，其內(nèi)包含SPI核心接口類，由于SPI中的類經(jīng)常需要調(diào)用外部實(shí)現(xiàn)類的方法，而jdbc.jar包含外部實(shí)現(xiàn)類(jdbc.jar存在于classpath路徑)無法通過Bootstrap類加載器加載，因此只能委派線程上下文類加載器把jdbc.jar中的實(shí)現(xiàn)類加載到內(nèi)存以便SPI相關(guān)類使用。顯然這種線程上下文類加載器的加載方式破壞了“雙親委派模型”，它在執(zhí)行過程中拋棄雙親委派加載鏈模式，使程序可以逆向使用類加載器，當(dāng)然這也使得Java類加載器變得更加靈活。

•  沙箱安全機(jī)制

自定義 String 類，但是在加載自定義 String 類的時候會率先使用引導(dǎo)類加載器加載，而引導(dǎo)類加載器在加載的過程中會先加載 JDK 自帶的文件（rt.jar 包中的 javalangString.class），報錯信息說沒有 main 方法就是因為加載的 rt.jar 包中的 String 類。這樣可以保證對 Java 核心源代碼的保護(hù)，這就是沙箱安全機(jī)制。