JVM-类加载详解

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一、JVM类加载过程

JVM类加载过程如下图：

JVM类加载过程分为：加载、链接、初始化、使用、卸载这五个阶段，其中链接阶段又包括：验证、准备、解析。

加载：通过类的完全限定名，查找此类的二进制字节码文件，通过该字节码文件创建Class对象。
链接：包含验证、准备、解析三个阶段：
- 验证：确保Class文件复合虚拟机规定的Class文件格式，包含文件格式验证、元数据验证、字节码验证、引用符号验证。
- 准备：为类的静态变量分配内存并设置初始化值，注：这里不包含`final`修饰的静态变量，因为`final`修饰的静态变量是在编译期分配。
- 解析：将常量池的间接引用转换为直接引用，解析包含字段解析、接口解析、方法解析。
初始化：初始化静态变量和静态块，先初始化父类，再初始化当前类，只有对类主动时才会初始化。
使用：程序代码执行时使用，new出对象程序中使用。
卸载：程序代码退出、异常、结束等，执行垃圾回收。

二、类加载时机

创建类的实例，也就是new一个对象。
访问类的静态方法或者静态变量（包含静态变量赋值）。
使用Class.forName()反射类。
子类初始化的时候。
JVM启动时标明的启动类。

三、类加载器

类加载器包括启动类加载器、扩展类加载器、系统类加载器、自定义类加载器四种加载器。

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载Java类的核心类，是用原生代码实现。下面代码可以获得启动类加载器所加载的Java核心类库。

URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for(URL url : urLs){
    System.out.println(url.toExternalForm());
}

输出如下：

file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/lib/resources.jar
file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/lib/rt.jar
file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/lib/jce.jar
file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/Develop%20Tools/Java/jdk-8u231/jre/classes

扩展类加载器（Extensions ClassLoader）：负责加载JRE的扩展目录lib/ext或者由java.ext.dirs系统属性指定的目录中的JAR包的类。由Java语言实现，父类加载器为Null。
系统类加载器（System Class Loader）：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。可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()方法获取当前系统类加载器，一般情况是自定义类加载器的父加载器。由Java语言实现，父类加载器为扩展类加载器。
1
2
System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
上面代码输出为：
1
2
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4eb7f003
自定义类加载器（Custom ClassLoader）：用户可以通过继承ClassLoader类实现自定义类加载器。由Java语言实现，自定义类加载器的父类是系统类加载器。

四、类加载机制

JVM的类加载机制主要有全盘负责、双亲委派、缓存机制三种加载机制。

全盘负责：当一个类加载器加载某个Class时，该Class所依赖和引用其他Class也会由该类加载器负责加载，除非指定了使用其他类加载器加载。
双亲委派：先让父类加载器加载该Class，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试使用自己的类加载器加载。通俗的讲就是在某个特定的类加载器接到加载类请求时，先寄托给父加载器加载，依次递归，如果父加载器可以加载时则成功返回，如果不可以加载就自己去加载。
缓存机制：缓存机制会确保所有加载过的Class都被会缓存，当程序中需要某个Class时，类加载器先从缓存区中搜索该Class，只有缓存区中不存在该Class对象时，系统才会读取该类的二进制数据，并将其转换为Class对象，存入缓存区。这就是为什么我们修改Class文件之后，必须重启JVM才会生效的原因。

其中双亲委派机制优势：

父类加载器成功加载则返回，子类加载器不会再加载，防止了重复加载。
防止核心API库被随意篡改。比如有一个要加载java.lang.Integer类的请求，通过双亲委派进制加载传递到启动类加载器，在在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，可以防止核心API被随意篡改。