20、java中的类加载机制

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我是靠谱客的博主懦弱柜子，最近开发中收集的这篇文章主要介绍20、java中的类加载机制，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

1、类加载机制是什么？

类加载机制指的就是jvm将类的信息动态添加到内存并使用的一种机制。

2、那么类加载的具体流程是什么呢？

一般说类加载只有三步：加载、连接和初始化，其中连接包括验证、准备和解析，用于将运行时加载的类文件添加到jre环境中使用。

加载：加载就是将类文件读取到内存中并对类信息做了初步的处理。这里是有讲究的，jvm一启动就会先加载一些类，这些类位于jdk中的rt.jar中，而另外的类就不会加载，而是当用到时才加载，这也就是预加载和运行时加载，运行时加载时jvm会先去内存中查看是否存在要使用的类，如果没有则按着这个类的全限定名进行加载，之前在IO部分也说过，像这种文件，在内存中是以一种数据序列的形式存在，也就是加载到内存的是类文件的二进制流信息，另外就是这个二进制流可以通过多条路径获取，不一定非要读取磁盘上的文件信息。然后jvm不会闲着，他会将类中的静态信息如：类信息、静态变量、常量等添加到jvm中的方法区，一般还会在堆中创建一个Class的对象用来表示这个类的信息。

验证：对加载到内存的二进制流的信息进行合法性校验，一切为了安全。试想一下，如果叮咣叮咣的写一堆三字经到.class文件，然后加载到内存，这时候jvm一运行不崩溃才怪。

准备：这个阶段主要是对类变量进行操作，如果仅是类变量，那么会根据其类型在方法区给变量开辟空间，并附一个对应类型的默认值。如果变量除了使用static修饰外，还用final修饰，那么则给变量赋定义的值。

解析：其实这一个我也不是太理解，解析是虚拟机将常量池内的符号引用解析为直接引用。以下为自己理解，大白话描述：何为符号引用，我理解的就是使用源码中的类名、方法名、变量名等来应用内存中对应的地址域所对应的数据，而直接引用呢就是将这些名称进行解析成一个可以直接指向内存地址的变量，直接引用的数据一定在内存中已经存在了，而符号引用所对应的数据不一定存在，我自认为的就是只是声明了一个变量，没有赋值，所以有的时候他自己都不知道自己到底指向哪里。

初始化：就是根据类中的构造方法来初始化类的过程，例如：我们都知道静态变量是随着类的加载而加载的，所以这里就会给静态变量初始化一个值，而对于那些成员方法，如果在构造器中没有调用的话，他们是不会被调用的。说的通俗易懂就是初始化那些被static修饰的部分，因为随着类的加载而加载。

3、加载类的流程具体是谁实现的？

上面一直说jvm加载类，那么如果再往细处划分又是怎么样的呢？其实jvm中有专门管着加载类的工具，这就是类加载器。类加载器主要用于根据类的全限定名将对应的class文件的流信息加载到虚拟机内存，并将其转为Class对象。类加载器有四种：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：加载Javajdk1.8jrelib 下的类

扩展类加载器（Extension ClassLoader）：加载Javajdk1.8jrelibext下的类

应用程序类加载器（Application ClassLoader）：加载用户路径上的类，就是开发者自定义的类

自定义加载器：加载自定义位置的类文件，为了避免以上三个加载器都加载不到指定的包。

类加载器的主要作用是根据类的全类名将类的字节码信息添加到内存中并根据字节码信息创建一个Class对象来表示这个类信息，这里充分体现了面向对象的思想，万物皆可为对象，每一个不同类的信息的就是类的一个对象。

类加载器的基本用法：

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
	// 返回系统类加载器，平时使用不多，常用当前类的加载器去获取指定的类信息
	//ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
	// 常用当前类的加载器去获取指定的类信息
	ClassLoader classLoader = SelfClassLoaderTest.class.getClassLoader();
	// 获取当前类的类加载器的父类加载器
	ClassLoader parentClassLoader = classLoader.getParent();
	// 根据类的全路径名获取类信息，创建一个	Class 的对象
	Class loadClass = classLoader.loadClass("com.czp.reflection.Student");
	// 加载一些配置文件可以使用这个方法
	InputStream inputStream = ClassLoader.getSystemResourceAsStream("文件名");
}

类加载器加载类时的源码分析：

//根据name查询对应类的Class对象，最终通过jni技术用的c、c++的方法
protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {
    if (!checkName(name))
        return null;
    return findLoadedClass0(name);
}
private native final Class<?> findLoadedClass0(String name);

//这个方法应该被自定义的类加载器覆盖
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}
    
//加载的机制是双亲委托加载
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
{
		//先锁住
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 检查类是否已经加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        //如果没有加载
        if (c == null) {
            try {
            		//判断是否有父类的加载器
                if (parent != null) {
                		//有父类加载器就用父类加载器去加载
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                		//没有父类加载器了，则就用启动类加载器去加载
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) { }

						//如果没有加载到对应的类信息
            if (c == null) {
            		// findClass方法是一个空方法，所以这里如果使用的是自定义加载器加载类的话，就会试图通过自定义的加载器去获取对应的类信息
                c = findClass(name);

                // 定义类装入器;记录数据
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

//将字节数组转换为类类的实例
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)  throws ClassFormatError
{
    protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);
    String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);
    Class<?> c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source);
    postDefineClass(c, protectionDomain);
    return c;
}

如何实现一个自定义类加载器？思路呢就是先读取到.class文件，然后根据读到的数据创建一个Class的对象，正好ClassLoader中已经帮我们实现了，只是需要自定义查找文件的路径，获取到文件的字节流，然后根据提供的defineClass方法将字节转成对应Class对象即可。需要继承ClassLoader类，并重写findClass方法，实现代码如下：

public class MyClassLoader extends ClassLoader{

	private String path;//在哪个目录下读取.class文件
	
	public MyClassLoader(String path) {
		this.path = path;
	}
	@SuppressWarnings("deprecation")
	@Override
	protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
		byte []b = getClassBinaryData(name);
		if (b != null) {
			return defineClass(b, 0, b.length);//将字节数组转陈对应的Class对象
		} else {
			throw new ClassNotFoundException();
		}
	}
	
	//根据路径获取到对应的字节数组
	private byte[] getClassBinaryData(String className) {
		String classPath = path + "/" + className.replace(".", "/") +".class";
		byte[] bs = null;
        FileInputStream fis = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;
        try {
        	fis = new FileInputStream(classPath);
        	baos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[2048];
            int num = 0;
            while ((num = fis.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, num);
            }
            bs = baos.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
        	try {
				if (fis!=null) {
					fis.close();
				}
			} catch (Exception e2) {
			}
        }
        return bs;
    }
}

-----------------------------测试

public static void main(String[] args) {
	MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("E:/");
	try {
		Class<?> findClass = myClassLoader.findClass("EnumTest");
		System.out.println(findClass);
	} catch (ClassNotFoundException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

这就是类加载器的介绍，这个时候不知是否会有疑问，如果两个加载器要加载的类在两个加载器的路径下均有资源，这要怎么办呢？是两个都添加，然后覆盖，还是咋滴？其实类加载器加载类文件时遵循一种双亲委派模型机制，介绍如下：当一个类加载器收到类加载的请求时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器完成。每个类加载器都是如此，只有当父加载器在自己的搜索范围内找不到指定的类时（即ClassNotFoundException），子加载器才会尝试自己去加载，这几个加载器之间的父子关系为：启动类加载器>扩展类加载器>应用程序类加载器>自定义加载器，这里的父子关系并不指的是类上边的extends。