Java中的类加载机制

一、Java的类加载简介

先了解一个基本概念，类的初始化。

当程序使用某个类时，如果该类还没被初始化，加载到内存中，则系统会通过加载、链接、初始化三个过程来对该类进行初始化，该过程称为类的初始化。

那么类加载又是啥呢？说到类加载就必须要知道java.lang.ClassLoader类，它的基本职责就是根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义出一个Java 类，即 java.lang.Class类的一个实例。它有以下几个重要的方法：

• getParent():返回该类加载器的父类加载器；
• loadClass(String className):加载名称为className的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例；
• findClass(String className):查找名称为className的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例；
• findLoadedClass(String className):查找名称为className的已经被加载过的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例；
• defineClass(String className, 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的实例，这个方法被声明为final的；
• resolveClass(Class

二、JVM中的类加载器

类加载器就是负责加载所有的类，并将其载入内存中，生成一个java.lang.Class的实例。一旦一个类被加载到JVM中之后，就不会被再次载入了。

类加载器通常无须等到“首次使用”该类时才加载该类，JVM允许系统预先加载某些类

Java 中的类加载器大致可以分成两类，一类是系统提供的，另外一类则是由 Java 应用开发人员编写的。

• 根类加载器(Bootstrap ClassLoader)：其负责加载Java的核心类，比如String、System这些类,是用原生C++代码来实现的，并不继承自java.lang.ClassLoader；
• 拓展类加载器(Extension ClassLoader)：其负责加载JRE的拓展类库(jre/ext/*.jar)，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 ClassLoader)：其负责加载CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类路径，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；
• 自定义类加载器(Custom ClassLoader)：用户自定义的加载器，以java.lang.ClassLoader类为父类。

测试一下类加载器的层次关系：

public static void main(String[] args) {    //application class loader    System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());    //extensions class loader    System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());    //bootstrap class loader    System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());}

打印结果如下：

sun.misc.Launcher$[e-mail]$ExtClassLoader@68e86f41null

可以看出ClassLoader类是由AppClassLoader加载的，它的父加载器是ExtClassLoader，而ExtClassLoader的父加载器无法获取，是因为它是用C++实现的。

注意，这里类加载器之间的父子关系并不是继承关系，而是类加载器实例之间的关系。

三、JVM中的类加载机制

• 全盘负责机制，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其他Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入；
• 双亲委托机制，首先将加载任务委托交给父类加载器，父类加载器又将加载任务向上委托，直到最父类加载器，如果最父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，如果不行就向下传递委托任务，由其子类加载器进行加载；
• 代理机制：与双亲委派机制相反，代理模式是先自己尝试加载，如果无法加载则向上传递，tomcat就是代理模式；
• 缓存机制，缓存机制将会保证所有加载过的Class都会被缓存，当程序中需要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为什么修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效。

四、自定义类加载器实例

public class MyClassLoader extends ClassLoader{    private String rootPath;    public MyClassLoader(String rootPath){        this.rootPath = rootPath;    }    @Override    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {        //check if the class have been loaded        Class<?> c = findLoadedClass(name);                if(c!=null){            return c;        }        //load the class        byte[] classData = getClassData(name);        if(classData==null){            throw new ClassNotFoundException();        }        else{            c = defineClass(name,classData, 0, classData.length);            return c;        }        }    private byte[] getClassData(String className){        String path = rootPath+"/"+className.replace('.', '/')+".class";        InputStream is = null;        ByteArrayOutputStream bos = null;        try {            is = new FileInputStream(path);            bos = new ByteArrayOutputStream();            byte[] buffer = new byte[1024];            int temp = 0;            while((temp = is.read(buffer))!=-1){                bos.write(buffer,0,temp);            }            return bos.toByteArray();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }finally{            try {                is.close();                bos.close();            } catch (Exception e) {                e.printStackTrace();            }                    }        return null;            }    }

创建一个测试类HelloWorld：

package testOthers;public class HelloWorld {}

在D盘根目录创建一个testOthers文件夹，编译HelloWorld.java，将得到的class文件放到testOthers文件夹下。

利用如下代码进行测试：

public class testMyClassLoader {    @Test    public void test() throws Exception{        MyClassLoader loader = new MyClassLoader("D:");        Class<?> c = loader.loadClass("testOthers.HelloWorld");        System.out.println(c.getClassLoader());    }}

最终输出：

test.ClassLoader.MyClassLoader@3e55a58f

说明HelloWorld类是被我们的自定义类加载器MyClassLoader加载的。

五、Java类加载器的过程

JVM将类加载的过程分为三个步骤：装载（Load），链接（Link）和初始化(Initialize)。

1.装载：

查找并加载类的二进制数据；

2.链接：

当类被加载后，系统会为之生成一个Class对象，接着将会进入链接阶段，链接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中，它有三个阶段：
- 验证：确保被加载类信息符合JVM规范、没有安全方面的问题。
- 准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。
- 解析：把虚拟机常量池中的符号引用转换为直接引用。

3.初始化：

当一个Java类第一次被真正使用到的时候，JVM会进行该类的初始化操作。初始化过程的主要操作是执行静态代码块和初始化静态域。在一个类被初始化之前，它的直接父类也需要被初始化。

Java类和接口的初始化只有在特定的时机才会发生，这些时机包括：
- 创建一个Java类的实例。如

MyClass obj = new MyClass()

• 调用一个Java类中的静态方法。如

MyClass.sayHello()

• 给Java类或接口中声明的静态域赋值。如

MyClass.value = 10

• 访问Java类或接口中声明的静态域，并且该域不是常值变量。如

int value = MyClass.value

• 在顶层Java类中执行assert语句。
• 使用反射方式强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象。
• 初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化。

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JVM初始化类的步骤：
- 如果这个类还没有被加载和链接，那先进行加载和链接；
- 假如这个类存在直接父类，并且这个类还没有被初始化（注意：在一个类加载器中，类只能初始化一次），那就初始化直接的父类（不适用于接口）
- 如果类中存在static标识的块，那就依次执行这些初始化语句。

Java 中，虚拟机会为每个加载的类维护一个常量池【不同于字符串常量池，这个常量池只是该类的字面值（例如类名、方法名）和符号引用的有序集合。 而字符串常量池，是整个JVM共享的】这些符号（如int a = 5;中的a）就是符号引用，而解析过程就是把它转换成指向堆中的对象地址的相对地址。

参考：http://www.cnblogs.com/sunniest/p/4574080.html