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java类加载

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java类加载机制

在Java的世界里，每一个类或者接口，在经历编译器后，都会生成一个个.class文件。

类加载机制指的是将这些.class文件中的二进制数据读入到内存中，并对数据进行校验，解析和初始化。最终，每一个类都会在方法区保存一份它的元数据，在堆中创建一个与之对应的Class对象。

类的生命周期，经历7个阶段，分别是加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。

除了使用和卸载两个过程，前面的5个阶段 加载、验证、准备、解析、初始化 的执行过程，就是类的加载过程。（验证，准备，解析也可总的被概括为连接过程）

加载

类加载指的是将class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象，即程序中使用任何类时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象，系统中所有的类都是java.lang.Class的实例。

类的加载由类加载器完成，JVM提供的类加载器叫做系统类加载器，此外还可以通过继承ClassLoader基类来自定义类加载器。

通常可以用如下几种方式加载类的二进制数据：

  • 从本地文件系统加载class文件。

  • 从JAR包中加载class文件，如JAR包的数据库启驱动类。

  • 通过网络加载class文件。

  • 把一个Java源文件动态编译并执行加载。

连接

连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中，其又可分为如下三个阶段：

  • 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，无安全方面的问题。
  • 准备：为类的静态Field分配内存，并设置初始值。
  • 解析：将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用。

初始化

该阶段主要是对静态Field进行初始化，在Java类中对静态Field指定初始值有两种方式：

  • 声明时即指定初始值，如static int a = 5；

  • 使用静态代码块为静态Field指定初始值，如：static{ b = 5; }

JVM初始化一个类包含如下几个步骤：

  • 假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类。

  • 假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类。

  • 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句。

所以JVM总是最先初始化java.lang.Object类。

类初始化的时机（对类进行主动引用时）：

  • 创建类的实例时（new、反射、反序列化）。

  • 调用某个类的静态方法时。

  • 使用某个类或接口的静态Field或对该Field赋值时。

  • 使用反射来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象，如Class.forName(“Person”)

  • 初始化某个类的子类时，此时该子类的所有父类都会被初始化。

  • 直接使用java.exe运行某个主类时

类加载器和加载机制

当JVM启动时，会形成有3个类加载器组成的初始类加载器层次结构：

  1. Bootstrap ClassLoader：根类（或叫启动、引导类加载器）加载器。

它负责加载Java的核心类（如String、System等）。它比较特殊，因为它是由原生C++代码实现的，并不是java.lang.ClassLoader的子类，所以下面的运行结果为null：

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public class TestJdkCl {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(String.class.getClassLoader());
	}
}

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  1. Extension ClassLoader：扩展类加载器。

它负责加载JRE的扩展目录（%JAVA_HOME%/jre/lib/ext）中JAR包的类，我们可以通过把自己开发的类打包成JAR文件放入扩展目录来为Java扩展核心类以外的新功能。

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package src;

import com.sun.nio.zipfs.ZipInfo;

public class test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ZipInfo.class.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}

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  1. System ClassLoader（或Application ClassLoader）：系统类加载器。

我们自己开发的应用程序，就是由它进行加载的，负责加载ClassPath路径下所有jar包。它负责在JVM启动时加载来自Java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性，或CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类路径。程序可以通过ClassLoader的静态方法getSystemClassLoader来获取系统类加载器：

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public class TestJdkCl {
	//获取主类的类加载器
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(TestJdkCl.class.getClassLoader().getClass().getName());
		System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass().getName());
	}
}

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双亲委派模型

双亲委派模式其实一句话就可以说清楚：任何一个类加载器在接到一个类的加载请求时，都会先让其父类进行加载，只有父类无法加载（或者没有父类）的情况下，才尝试自己加载。

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双亲委派模型的好处

不同的类加载器，加载同一个类，结果是虚拟机里会存在两份这个类的信息，所以当判断这两个类是否“相等”时，必定是不相等的。

使用双亲委派模式，可以保证，每一个类只会有一个类加载器。例如Java最基础的Object类，它存放在 rt.jar 之中，这是 Bootstrap 的职责范围，当向上委派到 Bootstrap 时就会被加载。

但如果没有使用双亲委派模式，可以任由自定义加载器进行加载的话，Java这些核心类的API就会被随意篡改。