這篇文章主要介紹了Java類加載器ClassLoader用法解析,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友可以參考下

正文

當(dāng)程序主動(dòng)使用某個(gè)類時(shí)，如果該類還未被加載到內(nèi)存中，則JVM會(huì)通過加載、連接、初始化3個(gè)步驟來對(duì)該類進(jìn)行初始化。如果沒有意外，JVM將會(huì)連續(xù)完成3個(gè)步驟，所以有時(shí)也把這個(gè)3個(gè)步驟統(tǒng)稱為類加載或類初始化。

一、類加載過程

1.加載

加載指的是將類的class文件讀入到內(nèi)存，并為之創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class對(duì)象，也就是說，當(dāng)程序中使用任何類時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)為之建立一個(gè)java.lang.Class對(duì)象。

類的加載由類加載器完成，類加載器通常由JVM提供，這些類加載器也是前面所有程序運(yùn)行的基礎(chǔ)，JVM提供的這些類加載器通常被稱為系統(tǒng)類加載器。除此之外，開發(fā)者可以通過繼承ClassLoader基類來創(chuàng)建自己的類加載器。

通過使用不同的類加載器，可以從不同來源加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通常有如下幾種來源。

• 從本地文件系統(tǒng)加載class文件，這是前面絕大部分示例程序的類加載方式。
• 從JAR包加載class文件，這種方式也是很常見的，前面介紹JDBC編程時(shí)用到的數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)類就放在JAR文件中，JVM可以從JAR文件中直接加載該class文件。
• 通過網(wǎng)絡(luò)加載class文件。
• 把一個(gè)Java源文件動(dòng)態(tài)編譯，并執(zhí)行加載。
• 類加載器通常無須等到“首次使用”該類時(shí)才加載該類，Java虛擬機(jī)規(guī)范允許系統(tǒng)預(yù)先加載某些類。

2.鏈接

當(dāng)類被加載之后，系統(tǒng)為之生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象，接著將會(huì)進(jìn)入連接階段，連接階段負(fù)責(zé)把類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)合并到JRE中。類連接又可分為如下3個(gè)階段。

1)驗(yàn)證：驗(yàn)證階段用于檢驗(yàn)被加載的類是否有正確的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并和其他類協(xié)調(diào)一致。Java是相對(duì)C++語言是安全的語言，例如它有C++不具有的數(shù)組越界的檢查。這本身就是對(duì)自身安全的一種保護(hù)。驗(yàn)證階段是Java非常重要的一個(gè)階段，它會(huì)直接的保證應(yīng)用是否會(huì)被惡意入侵的一道重要的防線，越是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)尿?yàn)證機(jī)制越安全。驗(yàn)證的目的在于確保Class文件的字節(jié)流中包含信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)要求，不會(huì)危害虛擬機(jī)自身安全。其主要包括四種驗(yàn)證，文件格式驗(yàn)證，元數(shù)據(jù)驗(yàn)證，字節(jié)碼驗(yàn)證，符號(hào)引用驗(yàn)證。

四種驗(yàn)證做進(jìn)一步說明：

文件格式驗(yàn)證：主要驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式規(guī)范，并且能被當(dāng)前的虛擬機(jī)加載處理。例如：主，次版本號(hào)是否在當(dāng)前虛擬機(jī)處理的范圍之內(nèi)。常量池中是否有不被支持的常量類型。指向常量的中的索引值是否存在不存在的常量或不符合類型的常量。

元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義的分析，分析是否符合java的語言語法的規(guī)范。

字節(jié)碼驗(yàn)證：最重要的驗(yàn)證環(huán)節(jié)，分析數(shù)據(jù)流和控制，確定語義是合法的，符合邏輯的。主要的針對(duì)元數(shù)據(jù)驗(yàn)證后對(duì)方法體的驗(yàn)證。保證類方法在運(yùn)行時(shí)不會(huì)有危害出現(xiàn)。

符號(hào)引用驗(yàn)證：主要是針對(duì)符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用的時(shí)候，是會(huì)延伸到第三解析階段，主要去確定訪問類型等涉及到引用的情況，主要是要保證引用一定會(huì)被訪問到，不會(huì)出現(xiàn)類等無法訪問的問題。

2)準(zhǔn)備：類準(zhǔn)備階段負(fù)責(zé)為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并設(shè)置默認(rèn)初始值。

3)解析：將類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的符號(hào)引用替換成直接引用。說明一下：符號(hào)引用：符號(hào)引用是以一組符號(hào)來描述所引用的目標(biāo)，符號(hào)可以是任何的字面形式的字面量，只要不會(huì)出現(xiàn)沖突能夠定位到就行。布局和內(nèi)存無關(guān)。直接引用：是指向目標(biāo)的指針，偏移量或者能夠直接定位的句柄。該引用是和內(nèi)存中的布局有關(guān)的，并且一定加載進(jìn)來的。

3.初始化

初始化是為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，準(zhǔn)備階段和初始化階段看似有點(diǎn)矛盾，其實(shí)是不矛盾的，如果類中有語句：private static int a = 10，它的執(zhí)行過程是這樣的，首先字節(jié)碼文件被加載到內(nèi)存后，先進(jìn)行鏈接的驗(yàn)證這一步驟，驗(yàn)證通過后準(zhǔn)備階段，給a分配內(nèi)存，因?yàn)樽兞縜是static的，所以此時(shí)a等于int類型的默認(rèn)初始值0，即a=0,然后到解析（后面在說），到初始化這一步驟時(shí)，才把a(bǔ)的真正的值10賦給a,此時(shí)a=10。

二、類加載時(shí)機(jī)

• 創(chuàng)建類的實(shí)例，也就是new一個(gè)對(duì)象
• 訪問某個(gè)類或接口的靜態(tài)變量，或者對(duì)該靜態(tài)變量賦值
• 調(diào)用類的靜態(tài)方法
• 反射（Class.forName("com.lyj.load")）
• 初始化一個(gè)類的子類（會(huì)首先初始化子類的父類）
• JVM啟動(dòng)時(shí)標(biāo)明的啟動(dòng)類，即文件名和類名相同的那個(gè)類

除此之外，下面幾種情形需要特別指出：

對(duì)于一個(gè)final類型的靜態(tài)變量，如果該變量的值在編譯時(shí)就可以確定下來，那么這個(gè)變量相當(dāng)于“宏變量”。Java編譯器會(huì)在編譯時(shí)直接把這個(gè)變量出現(xiàn)的地方替換成它的值，因此即使程序使用該靜態(tài)變量，也不會(huì)導(dǎo)致該類的初始化。反之，如果final類型的靜態(tài)Field的值不能在編譯時(shí)確定下來，則必須等到運(yùn)行時(shí)才可以確定該變量的值，如果通過該類來訪問它的靜態(tài)變量，則會(huì)導(dǎo)致該類被初始化。

三、類加載器

類加載器負(fù)責(zé)加載所有的類，其為所有被載入內(nèi)存中的類生成一個(gè)java.lang.Class實(shí)例對(duì)象。一旦一個(gè)類被加載如JVM中，同一個(gè)類就不會(huì)被再次載入了。正如一個(gè)對(duì)象有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)一樣，一個(gè)載入JVM的類也有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)。在Java中，一個(gè)類用其全限定類名（包括包名和類名）作為標(biāo)識(shí)；但在JVM中，一個(gè)類用其全限定類名和其類加載器作為其唯一標(biāo)識(shí)。例如，如果在pg的包中有一個(gè)名為Person的類，被類加載器ClassLoader的實(shí)例kl負(fù)責(zé)加載，則該P(yáng)erson類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象在JVM中表示為(Person.pg.kl)。這意味著兩個(gè)類加載器加載的同名類：（Person.pg.kl）和（Person.pg.kl2）是不同的、它們所加載的類也是完全不同、互不兼容的。

JVM預(yù)定義有三種類加載器，當(dāng)一個(gè) JVM啟動(dòng)的時(shí)候，Java開始使用如下三種類加載器：

1)根類加載器（bootstrap class loader）:它用來加載 Java 的核心類，是用原生代碼來實(shí)現(xiàn)的，并不繼承自 java.lang.ClassLoader（負(fù)責(zé)加載$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class，由C++實(shí)現(xiàn)，不是ClassLoader子類）。由于引導(dǎo)類加載器涉及到虛擬機(jī)本地實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，開發(fā)者無法直接獲取到啟動(dòng)類加載器的引用，所以不允許直接通過引用進(jìn)行操作。

下面程序可以獲得根類加載器所加載的核心類庫,并會(huì)看到本機(jī)安裝的Java環(huán)境變量指定的jdk中提供的核心jar包路徑：

public class ClassLoaderTest {
 
  public static void main(String[] args) {
    
    URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
    for(URL url : urls){
      System.out.println(url.toExternalForm());
    }
  }
}

運(yùn)行結(jié)果：

2)擴(kuò)展類加載器（extensions class loader）：它負(fù)責(zé)加載JRE的擴(kuò)展目錄，lib/ext或者由java.ext.dirs系統(tǒng)屬性指定的目錄中的JAR包的類。由Java語言實(shí)現(xiàn)，父類加載器為null。

3)系統(tǒng)類加載器（system class loader）：被稱為系統(tǒng)（也稱為應(yīng)用）類加載器，它負(fù)責(zé)在JVM啟動(dòng)時(shí)加載來自Java命令的-classpath選項(xiàng)、java.class.path系統(tǒng)屬性，或者CLASSPATH換將變量所指定的JAR包和類路徑。程序可以通過ClassLoader的靜態(tài)方法getSystemClassLoader()來獲取系統(tǒng)類加載器。如果沒有特別指定，則用戶自定義的類加載器都以此類加載器作為父加載器。由Java語言實(shí)現(xiàn)，父類加載器為ExtClassLoader。

類加載器加載Class大致要經(jīng)過如下8個(gè)步驟：

• 檢測(cè)此Class是否載入過，即在緩沖區(qū)中是否有此Class，如果有直接進(jìn)入第8步，否則進(jìn)入第2步。
• 如果沒有父類加載器，則要么Parent是根類加載器，要么本身就是根類加載器，則跳到第4步，如果父類加載器存在，則進(jìn)入第3步。
• 請(qǐng)求使用父類加載器去載入目標(biāo)類，如果載入成功則跳至第8步，否則接著執(zhí)行第5步。
• 請(qǐng)求使用根類加載器去載入目標(biāo)類，如果載入成功則跳至第8步，否則跳至第7步。
• 當(dāng)前類加載器嘗試尋找Class文件，如果找到則執(zhí)行第6步，如果找不到則執(zhí)行第7步。
• 從文件中載入Class，成功后跳至第8步。
• 拋出ClassNotFountException異常。
• 返回對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象。

四、類加載機(jī)制：

1.JVM的類加載機(jī)制主要有如下3種。

全盤負(fù)責(zé)：所謂全盤負(fù)責(zé)，就是當(dāng)一個(gè)類加載器負(fù)責(zé)加載某個(gè)Class時(shí)，該Class所依賴和引用其他Class也將由該類加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個(gè)類加載器來載入。
雙親委派：所謂的雙親委派，則是先讓父類加載器試圖加載該Class，只有在父類加載器無法加載該類時(shí)才嘗試從自己的類路徑中加載該類。通俗的講，就是某個(gè)特定的類加載器在接到加載類的請(qǐng)求時(shí)，首先將加載任務(wù)委托給父加載器，依次遞歸，如果父加載器可以完成類加載任務(wù)，就成功返回；只有父加載器無法完成此加載任務(wù)時(shí)，才自己去加載。
緩存機(jī)制。緩存機(jī)制將會(huì)保證所有加載過的Class都會(huì)被緩存，當(dāng)程序中需要使用某個(gè)Class時(shí)，類加載器先從緩存區(qū)中搜尋該Class，只有當(dāng)緩存區(qū)中不存在該Class對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)讀取該類對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成Class對(duì)象，存入緩沖區(qū)中。這就是為很么修改了Class后，必須重新啟動(dòng)JVM，程序所做的修改才會(huì)生效的原因。
2.這里說明一下雙親委派機(jī)制：

雙親委派機(jī)制，其工作原理的是，如果一個(gè)類加載器收到了類加載請(qǐng)求，它并不會(huì)自己先去加載，而是把這個(gè)請(qǐng)求委托給父類的加載器去執(zhí)行，如果父類加載器還存在其父類加載器，則進(jìn)一步向上委托，依次遞歸，請(qǐng)求最終將到達(dá)頂層的啟動(dòng)類加載器，如果父類加載器可以完成類加載任務(wù)，就成功返回，倘若父類加載器無法完成此加載任務(wù)，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載，這就是雙親委派模式，即每個(gè)兒子都很懶，每次有活就丟給父親去干，直到父親說這件事我也干不了時(shí)，兒子自己才想辦法去完成。

雙親委派機(jī)制的優(yōu)勢(shì)：

采用雙親委派模式的是好處是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級(jí)的層次關(guān)系，通過這種層級(jí)關(guān)可以避免類的重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類時(shí)，就沒有必要子ClassLoader再加載一次。其次是考慮到安全因素，java核心api中定義類型不會(huì)被隨意替換，假設(shè)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞一個(gè)名為java.lang.Integer的類，通過雙親委托模式傳遞到啟動(dòng)類加載器，而啟動(dòng)類加載器在核心Java API發(fā)現(xiàn)這個(gè)名字的類，發(fā)現(xiàn)該類已被加載，并不會(huì)重新加載網(wǎng)絡(luò)傳遞的過來的java.lang.Integer，而直接返回已加載過的Integer.class，這樣便可以防止核心API庫被隨意篡改。

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