java类加载机制
1. 类加载运行全过程
当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时，首先需要通过类加载器把主类加载到 JVM。
Window系统下：
- java.exe调用底层的jvm.dll文件创建java虚拟机（C++）
- 创建一个引导类加载器实例(C++)
- C++调用java代码创建JVM启动器实例sun.misc.Launcher,该类由引导类加载器负责加载，创建其他类加载器
- 获取运行类自己的加载器ClassLoader，一般是AppClassLoader
- 调用loadClass加载要运行的类
- 加载完成之后JVM执行运行类的main方法入口
loadClass的类加载过程：加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载
- 加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件，使用到类时才会加载
- 调用类的 main()方法，new对象等等，在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象作为方法区这个类的各种数据的访问入口
- 验证：校验字节码文件的正确性
- 准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
- 解析：将符号引用替换为直接引用
- 静态链接(类加载期间完成)：把一些静态方法(符号引用，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)】
- 动态链接：程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用
- 初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块
类被加载到方法区中后主要包含 运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用、对应class实例的引用等信息
类加载器的引用：这个类到类加载器实例的引用
对应class实例的引用：类加载器在加载类信息放到方法区中后，会创建一个对应的Class 类型的 对象实例放到堆(Heap)中, 作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。
主类在运行过程中如果使用到其它类，会逐步加载这些类。jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。
2. 类加载器和双亲委派机制
Java里有如下几种类加载器:
- 引导类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如 rt.jar、charsets.jar等
- 扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR 类包
- 应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那 些类
- 自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包
public class TestJDKClassloader {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("String类的加载器:" + String.class.getClassLoader());
System.out.println("ext目录下的加载器:" + com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader());
System.out.println("自己编写的代码的加载器:" + TestJDKClassloader.class.getClassLoader());
System.out.println("引导类加载器加载一下文件:");
URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL urL : urLs) {
System.out.println(urL);
}
System.out.print("extClassLoader加载以下文件:");
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
System.out.print("appClassLoader加载以下文件:");
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
}
}
输出结果：
类加载器初始化过程：主要看com.misc.Launcher源码
sun.misc.Launcher初始化使用了单例模式设计，保证一个JVM虚拟机内只有一个
主要存在两个类加载器：
- sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)
- sun.misc.Launcher.AppClassLoader(应用类加载器)
JVM默认使用Launcher的getClassLoader()方法返回的类加载器AppClassLoader的实例加载我们 的应用程序。
public Launcher() {
Launcher.ExtClassLoader var1;
try {
//构建扩展类加载器，在构造的过程中将其父类加载器设置位null
var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
} catch (IOException var10) {
throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
}
try {
//构造应用类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader
//Launcher的loader属性值是AppClassLoader，我们一般都是用这个类加载器来加载我们自己写的应用程序
this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
} catch (IOException var9) {
throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
}
Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
String var2 = System.getProperty("java.security.manager");
if (var2 != null) {
SecurityManager var3 = null;
if (!"".equals(var2) && !"default".equals(var2)) {
try {
var3 = (SecurityManager)this.loader.loadClass(var2).newInstance();
} catch (IllegalAccessException var5) {
} catch (InstantiationException var6) {
} catch (ClassNotFoundException var7) {
} catch (ClassCastException var8) {
}
} else {
var3 = new SecurityManager();
}
if (var3 == null) {
throw new InternalError("Could not create SecurityManager: " + var2);
}
System.setSecurityManager(var3);
}
}
双亲委派机制
加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再 委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的 类加载路径中查找并载入目标类。说简单点就是，先找父亲加载，不行再由儿子自己加载
应用程序类加载器AppClassLoader加载类的双亲委派机制源码，AppClassLoader 的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法，该方法的大体逻辑如下：
- 首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接 返回
- 如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加 载器加载（即调用parent.loadClass(name, false);）.或者是调用bootstrap类加载器来加 载
- 如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载
ClassLoader.java
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
//检查当前类加载器是否已经加载了该类
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
//如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
long t1 = System.nanoTime();
//都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
双亲委派机制设计的目的
- 沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心 API库被随意篡改
- 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，保证被加载类的唯一性
全盘负责委托机制 :指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入
3. 自定义加载器
自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法，一个是 loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空 方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。
public class MyClassLoaderTest1 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
MyClassLoader1 classLoader = new MyClassLoader1("E:\\github\\java-interview\\java-learn\\target\\classes");
Class clazz = classLoader.loadClass("com.hsm.java.jvm.MyClassLoaderTest1");
Object obj = clazz.newInstance();
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
static class MyClassLoader1 extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader1(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
throw new ClassNotFoundException();
}
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
}
}
4. 打破双亲委托
public class MyClassLoaderTest2 {
public static void main(String[] args) throws Exception {
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("E:\\github\\java-interview\\java-learn\\target\\classes");
Class clazz = classLoader.loadClass("com.hsm.java.jvm.MyClassLoaderTest2");
Object obj = clazz.newInstance();
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
@Override
public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
throw new ClassNotFoundException();
}
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t1 = System.nanoTime();
if(!name.startsWith("com.hsm")){
//非自定义的类还是走双亲委派加载
c = this.getParent().loadClass(name);
}else{
c = findClass(name);
}
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
}
}