Java中类加载器举例详解_Java

类加载器简介

java程序被编译器编译之后成为字节码文件（.class文件），当程序需要某个类时，虚拟机便会将对应的class文件进行加载，创建出对应的class对象。而这个将class文件加载到虚拟机内存的过程，便是类加载。

类加载器负责在运行时将java类动态加载到jvm（java虚拟机），是jre（java运行时环境）的一部分。由于类加载器的存在，jvm无需了解底层文件或文件系统即可运行java程序。并且java类不会一次全部加载到内存中，而是在需要时才会加载到内存中。

类加载的过程

类的生命周期通常包括：加载、链接、初始化、使用和卸载。上图中包含了类加载的三个阶段：加载阶段、链接阶段和初始化阶段。如果将这三个阶段再拆分细化包括：加载、验证、准备、解析和初始化。

这几个阶段的作用简单概况一下：

加载：通过一个类的完全限定查找类字节码文件，转化为方法区运行时的数据结构，创建一个代表该类的class对象。
验证：确保class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，不会危害虚拟机自身安全。
准备：为类变量(即static修饰的字段变量)分配内存并且设置该类变量的初始值。不包含被final修饰的static变量，因为它在编译时已经分配了。
解析：将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程，比如（main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)，这是所谓的静态链接过程(类加载期间完成)，动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用。如果符号引用指向一个未被加载的类，或者未被加载类的字段或方法，那么解析将触发这个类的加载。
初始化：类加载最后阶段，执行静态初始化器和静态初始化成员变量。对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块。

在上述类加载的过程中，虚拟机提供了三种类加载器：启动（bootstrap）类加载器、扩展（extension）类加载器、系统（system）类加载器（也称应用类加载器），此外还可以自定义类加载器。

启动（bootstrap）类加载器：

系统中最顶层、最核心的加载器，是 jvm 与生俱来的一部分，负责加载 jdk 核心类库，奠定 java 程序运行的基础，由 jvm 的底层代码（c/c++，如 hotspot 虚拟机）实现，无法在 java 代码中直接获取其对象（调用 getclassloader() 返回 null）。

加载范围：加载 jdk 核心类库

jdk 8 及之前：加载 <java_home>/jre/lib 目录下的核心 jar 包（如 rt.jar、charsets.jar、sunrsasign.jar 等），这些 jar 是 jvm 识别的「核心类库」（非该目录下的任意 jar 不会被加载）；
jdk 9+（模块化）：移除了 rt.jar 等打包方式，核心类以「模块」形式存储在 <java_home>/lib/modules（模块化镜像文件），启动类加载器负责加载 java.base 等核心模块（如 java.lang、java.io 所属的模块）。

扩展（extension）类加载器：

扩展类加载器是启动类加载器的子类，java语言编写，由sun.misc.launcher$extclassloader实现，父类加载器为启动类加载器，负责加载标准核心java类的扩展。

扩展类加载器从jdk扩展目录（通常是$java_home/lib/ext目录）或java.ext.dirs系统属性中指定的任何其他目录进行自动加载。

系统/应用（system）类加载器：

系统类加载器负责将所有应用程序级类加载到jvm中。它加载在类路径环境变量，-classpath或-cp命令行选项中找到的文件。它是扩展类加载器的子类。

自定义类加载器：

在大多数情况下，内置的三种类加载器就足够了。但是，在需要从本地硬盘驱动器或网络中加载类的情况下，需要打破双亲委派机制，则可能需要使用自定义类加载器。

下面介绍类加载器的加载机制--双亲委派机制。

双亲委派机制：

从图中可以清晰的看到双亲委派机制的具体过程：加载某个类时会先层层委托给父加载器寻找目标类加载，如果父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，尝试向下加载。比如我们自己随便写的user类，最先会找应用程序类加载器加载，应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载，扩展类加载器再委托启动类加载器，顶层启动类加载器在自己的类加载路径里找了半天没找到user类，则向下退回加载user类的请求，扩展类加载器收到回复就自己加载，在自己的类加载路径里找了半天也没找到user类，又向下退回user类的加载请求给应用程序类加载器，应用程序类加载器于是在自己的类加载路径里找user类，结果找到了就自己加载了。双亲委派机制说简单点就是，先找父亲加载，不行再由儿子自己加载。

我们来看一下loadclass的源码：

    protected class<?> loadclass(string name, boolean resolve)
        throws classnotfoundexception
    {
        synchronized (getclassloadinglock(name)) {
            // first, check if the class has already been loaded
            class<?> c = findloadedclass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = system.nanotime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadclass(name, false);
                    } else {
                        c = findbootstrapclassornull(name);
                    }
                } catch (classnotfoundexception e) {
                    // classnotfoundexception thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // if still not found, then invoke findclass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = system.nanotime();
                    c = findclass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    perfcounter.getparentdelegationtime().addtime(t1 - t0);
                    perfcounter.getfindclasstime().addelapsedtimefrom(t1);
                    perfcounter.getfindclasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveclass(c);
            }
            return c;
        }
    }

此方法负责加载给定名称参数的类。name参数为类的全限定名。先查找是否已加载该类，若无，则判断有无父类加载器parent，尝试给父类加载器去loadclass，其实就是一个递归的顺序。