Java类的加载和类加载器

关于java类的加载过程，一直弄的不是很懂，最近看了相关资料，来总结一下。

1. 类加载过程

类从被加载到虚拟机内存中开始，到使用之前，要经历加载、连接、初始化，三个阶段。
其中连接包括：验证、准备、解析。
上述顺序只是一个大致的参考，具体实现顺序可能有穿插。

虚拟机规范规定5种场景会触发类的初始化，前面的步骤自然要在初始化之前完成。
加载过程除了可以系统自动完成之外，也可能可以通过ClassLoader类来由程序员控制，加载主要完成：
1. 通过类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
2. 将二进制字节流转化为方法区的运行时数据结构，及Class实例对象。
完成上述过程的是类加载器 .

2. 类加载器

系统默认提供了三种类型的类加载器：
用原生C++实现的启动类加载器bootstrap class loader，其余的都是用java实现的。

引导类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader。
扩展类加载器（extensions class loader）：它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

java.lang.ClassLoader是一个抽象类，为我们实现自己的类加载器提供了可能，我们继承它即可。
这里再次摘抄：
ClassLoader 中与加载类相关的方法

方法 说明 getParent() 返回该类加载器的父类加载器 loadClass(String name) 加载名称为 name的类，返回的结果是 java.lang.Class类的实例。 findClass(String name) 查找名称为 name的类，返回的结果是 java.lang.Class类的实例。 findLoadedClass(String name) 查找名称为 name的已经被加载过的类，返回的结果是 java.lang.Class类的实例 defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 把字节数组 b中的内容转换成 Java 类，返回的结果是 java.lang.Class类的实例。这个方法被声明为 final的。 resolveClass(Class c) 链接指定的 Java 类。

• 类加载器的树状组织结构
  根据这个结构，类加载器加载类的时候有一个“双亲委派模型”。这个名称我有点不懂，为什么叫“双亲”，明明只是一个父类。也有叫代理模式的，个人觉得这个名字更好一些。

• 代理模式
  当某一个类加载器（也叫初始加载器）在尝试加载某个类的字节码时，会先代理给它的父类加载器，如果父类加载器加载不了，再交由该类加载器加载。
  这样做的好处是使java类随着它的类加载器一起具备带有优先级的层次关系，越基础的类越由顶层加载器加载，这样就能保证类的一致性（因为相同类名称的类如果分别由不同的类加载器加载，也认为是两个不同的类，这是通过在Class对象中附带的定义加载器来实现的）。

• 反代理模式的现象
  在Java核心类库中定义了一些SPI，翻译过来叫做服务提供接口，具体的实现由第三方来提供，因此我们常常需要在应用中包含第三方提供的jar包，但是不可能都添加到核心库中。因此SPI需要由引导类加载器来加载，但是其中涉及到的调用具体部分，却需要由系统类加载器来加载，但是引导类加载器是不可能让系统类加载器来为其代理的，因此代理模式解决不了。

有线程上下文类加载器可以解决上述问题，还有Class.forName方法。

3. 自定义类加载器

一般通过继承ClassLoader来实现，覆盖其中的某些方法即可。

loadClass(String name)
findClass(String name)
defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)

主要涉及到上述三个方法，loadClass中一般包含加载逻辑，比如实现代理逻辑：先尝试代理给父类加载器，如果不成功就调用自己的findClass来加载类，findClass最终将调用defineClass将b中包含的byte数据转换成Class对象。一般为了顺应代理逻辑，推荐覆盖findClass即可。defineClass是final类型的，使用的是原生代码。

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小实验：利用自己定义的FileSystemClassLoader加载磁盘上某个地方的class文件。

eclipse工程目录：

package jvmtest;import java.lang.reflect.Method;public class ClassLoaderTest {    public static void main(String[] args) throws Exception{            ClassLoader myLoader = new FileSystemClassLoader("d:\\up");        Class<?> class1 = myLoader.loadClass("utils.SayHello");        Object obj1 = class1.newInstance();        Method sayhello = class1.getMethod("hi", null);        sayhello.invoke(obj1, null);    }}

FileSystemClassLoader是IBM开发社区中的示例，类似的还可以开发从网络中加载的等等。
在调试过程中多次出现java.lang.NoClassDefFoundError: utils/SayHello (wrong name: SayHello)
跟踪了一下，是从defineClass中抛出的，发现字节都已经成功读取到了，但是在defineClass中报错。
后来终于发现是在源文件中没有包含package， 导致defindClass中发现二进制字节流中的信息与输入的类名不一致，导致error。

最后结果：

hi, there!