从萌新的角度理解 Java 类加载机制

类加载机制

1. 类加载机制是什么
2. 类加载机制主要内容
3. 类加载机制一般用途

一丶类加载机制是什么?

    java中的类加载机制，从字面意思就不难理解。就是描述class文件加载到jvm的主要过程，class文件是对java类的描述，加载java类的过程就是加载class文件的过程。     类加载机制是围绕ClassLoader这个核心类展开的，classLoader就是类加载机制中的核心类。classLoader有如下几个主要的方法:

• defineClass：是将字节码加载到JVM内存中，解析成Class对象的方法。
• findClass: 该方式解析指定路径下的class文件生成Class对象的方法。一般defineClass方法和findClass是组合使用的，在findClass方法中依据指定路径，获取字节流，然后代用defineClass方法进行解析。
• resolveClass:解析继承关系上的的父类，以及所引用的类，是一个递归解析的过程，在对象正真被实例化的时候，该方法被调用。
• loadClass:该方法是上述所有方法的一站式解决方案，也是JVM自带类加载机制。如果调用loadClass方法加载类，是按照JVM默认的规则加载类，如果需要定制类加载器，则通过重写上述的三个方法可以达到效果

二丶类加载机制的主要内容

1. 谁来负责class文件的加载

在java代码中，每个定义的类都是由classloader加载进来的。JVM中的类加载器之间的关系组织结构和类的继承关系有些相似，都是一层层的，一个类加载器有父加载器，父加载器下面有许多子加载器。JVM主要提供三层类加载器:

1.1 类加载器组织结构

• 第一层:Bootstrap ClassLoader,这个类加载器，主要复杂加载JVM自身工作所需要的类。其他人都访问不到这个类加载器，是一个相对独立的类加载，其上没有父加载器，也没有子加载器
• 第二层:ExtClassLoader，这类加载是应用层能够访问到的顶层类加载器，可以认为其没有父加载器，只有子加载器。其主要负责加System.getProperty("java.ext.dirs")目录下的类。 -第三层:AppClassLoader，这个类加载器就是我们最常接触的类加载器，用来接在classpath路径下类的加载器。其父加载器是ExtClassLoader. 特别注意，从逻辑上可以定义第四层类加载器:
• 第四层:自定义classLoader，该层不是JVM自带的类加载器，而是我们自定义的类加载器，在整个类加载的组织结构中，可以理解为第四层，其父加载器是AppClassLoader.

  

  在熟悉类加载器组织结构后，我们还不能回答究竟是谁负责加载java类。在介绍完**上级委托加载机制(双亲委托加载机制)**后，就可以从众多classLoader中找到合适的类加载器加载java类了。

1.2 上级委托加载机制

图中的类加载器1是类加载器2的父加载器，从上往下依次类推。

• 向上询问:当我们使用类加载器4加载目标对象时，并不一定是类加载器4来负责该类的加载，类加载器4在确保目标类未被加载后，会将加载请求传递给其父加载器classloader3。classloader3会继续重复和classloader4相同的工作，向其父加载器传递加载请求，加载请求最后被传递给顶层加载器classloader1.。在该过程中如果某层加载器发现该类已加载了，则结束加载过程，确保不重复加载。如果顶层加载机制受理了加载请求，此次加载过程就结束了。**这个过程，
• 向下委派 如果顶层加载机制不受理该次加载请求，其会将类加载请求按原路遣返，沿途加载器将会依次检查是否受理该次类加载请求，最后由受理加载器加载目标类。

2.类加载过程

上级委托机制回答了是谁负责加载类的这个问题，阅读完这一节后，就可以回答JVM加载类的一般过程了。

• 第一阶段：该阶段的主要工作是定义去哪儿找class文件，并且通过字节流的形式将class文件加载到内存中。
• 第二阶段:该阶段细分为三个小阶段
  1. 字节码验证:类加载对加载的字节码，要做许多验证，确保class文件格式正确，行为正确。
  2. 类准备:在该阶段准备描述类中字段，方法以及实现接口所需要的数据结构,
  3. 解析:在这个阶段类加载器会将类中引用的所有相关类都加载进去，并且这是一个递归的过程。
• 第三阶段:初始化class对象，在这个阶段静态变量将初始化，静态代码块也是在这个时候执行的。

三丶定制类加载器

了解类加载机制的基本原理后，我们可以看看类加载机制在实际开发中的一些用途

• 在自定义路径下查找class类文件，当我们需要的class文件，不是在classpath路径下时，就需要自己实现一个类加载器来加载指定路径下的class文件。
• 对要加载的类做特殊的处理，在网络传输类信息时，一般会对类的字节码加密。在加载到JVM之前需要对类的字节码解密后再按传统方法加载，这个过程就可以通过自定义类加载器实现
• 类加载器一个比较常见的应用就是热部署，检查到已经加载的class文件已经修改的时候，重新加载这个类，以实现热部署。

Reference：

[1]深入分析javaWeb技术内幕，许令波，第二版

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