先來一張java中JVM內(nèi)的類加載器的層次體系結(jié)構(gòu)，總整體上觀看JVM中所包含的classLoader有哪些，以及它們之間的關(guān)系：

class_loader.jpg

Class文件結(jié)構(gòu)？

java平臺(tái)的強(qiáng)大跨平臺(tái)特性就是靠著這個(gè)東東啊删咱。只要在java虛擬機(jī)上運(yùn)行開發(fā)的語言屑埋，像java，jruby,groovy等語言痰滋，都是運(yùn)行在JVM基礎(chǔ)之上的摘能。那么在源代碼形式下续崖，通過各自語言的編譯器，按照java虛擬機(jī)規(guī)范（JVM要求在class文件中使用許多強(qiáng)制性的語法和結(jié)構(gòu)化約束）處理团搞，就能得到一個(gè)通用的袜刷，機(jī)器無關(guān)的執(zhí)行平臺(tái)的字節(jié)碼文件（*.class）。就如下圖所示：

javac_class.png

Class {
    u4              magic;                  // 1 個(gè)  魔數(shù)                      
    u2              minor_version;          // 1    副版本號(hào)
    u2              major_version;          // 1    主版本號(hào)
    u2              constant_pool_count;    // 1    常量池計(jì)數(shù)器
    cp_info         constant_pool;          // constant_pool_count - 1 常量池?cái)?shù)據(jù)區(qū)
    u2              access_flags;           // 1    訪問標(biāo)識(shí)
    u2              this_class;             // 1    類索引
    u2              super_class;            // 1    父類索引
    u2              interfaces_count;       // 1    接口計(jì)數(shù)器
    u2              interfaces;             // interfaces_count  接口信息數(shù)據(jù)區(qū)
    u2              fields_count;           // 1    字段計(jì)數(shù)器
    field_info      fields;                 //fields_count  字段信息數(shù)據(jù)區(qū)
    u2              methods_count;          // 1    方法計(jì)數(shù)器
    method_info     methods;                // methods_count 方法信息數(shù)據(jù)區(qū)
    u2              attributes_count;       // 1    屬性計(jì)數(shù)器
    attribute_info  attributes;             // attributes_count 屬性信息數(shù)據(jù)區(qū)
}

可以看到，在OOP中class對(duì)象所涉及到的屬性蜓竹，方法都有自己對(duì)應(yīng)的表(field_info,method_info)，其他的一些是其他信息的記錄储藐。

class文件是一組以8位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進(jìn)制流俱济，各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)嚴(yán)格按照順序緊湊的排列在Class文件中，中間沒有任何的分隔符钙勃。
這使得整個(gè)Class文件中存儲(chǔ)的內(nèi)容集合全部都是程序運(yùn)行的必要數(shù)據(jù)蛛碌，沒有空隙存在。

那當(dāng)java文件經(jīng)過編譯得到的class的文件是什么樣的辖源？
我們?nèi)羰窍胍炊甤lass文件中常量池內(nèi)容蔚携，首先需要先知道常量池中14種常量池的結(jié)構(gòu)，如下圖：

constant_pool_structrue_1.png

constant_pool_structrue_2.png

理論上知道了class內(nèi)部結(jié)構(gòu)同木，那么就可以自己編寫一個(gè)簡單java程序浮梢，并用javac命令將該java源代碼文件編譯成字節(jié)碼跛十，在用編輯器打開該字節(jié)碼16進(jìn)制可以看到:
(現(xiàn)在我們看看class的二進(jìn)制文件：（用了簡陋畫圖工具制作的彤路，我使用JDK1.8來操作〗嬗常看懂就就行(▔＾▔)/ ）)

class_file.png

class文件如何被加載到JVM？

在class文件通過源代碼編譯生成后矮男，我們也知道class文件內(nèi)具體的二進(jìn)制數(shù)據(jù)內(nèi)容代表什么了移必，下面應(yīng)該了解了解class文件是如何被加載到JVM虛擬機(jī)中的。類的加載當(dāng)然與classLoader密不可分了毡鉴。在java虛擬機(jī)中崔泵，類加載全過程包括：加載，驗(yàn)證猪瞬，準(zhǔn)備憎瘸，解析和初始化五個(gè)階段。在加載階段陈瘦，虛擬機(jī)需要完成以下3件事情：

1. 通過一個(gè)類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流含思。（可以從本地文件，網(wǎng)絡(luò)中甘晤，運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)生成含潘，數(shù)據(jù)庫文件等等地方獲取類字節(jié)流）
2. 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
3. 在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象线婚，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)訪問入口遏弱。

我在此說的就是這個(gè)加載階段過程。

JVM類加載器種類：

• Bootstrap classLoader(引導(dǎo)類加載器):
  該類負(fù)責(zé)將存在\lib目錄中的塞弊，或者被-Xbootclasspath參數(shù)所指定的路徑中的漱逸，并且是虛擬機(jī)識(shí)別的(eg: rt.jar,名字不符合規(guī)范的即使放在lib中也不會(huì)被加載)類庫加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中。啟動(dòng)類加載器無法被java程序直接引用游沿。負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類庫饰抒，如：rt.jar、resources.jar诀黍、charsets.jar等袋坑。

• Extension ClassLoader(拓展類加載器):
  這個(gè)加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)加載\lib\ext目錄中眯勾，或者被java.ext.dirs系統(tǒng)環(huán)境變量指定路徑中的所有類庫枣宫，開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器婆誓。

• .Application ClassLoader(應(yīng)用系統(tǒng)程序類加載器):
  這個(gè)類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實(shí)現(xiàn)，由于這個(gè)類加載器是ClassLoader中的getSystemClassLoader方法的返回值也颤，所以一般稱為系統(tǒng)類加載器洋幻。它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑(CLASSPATH)上所指定的類庫，開發(fā)者可以直接使用這個(gè)類加載器翅娶。通常我們自己寫的java類不就是通過該加載器獲取*.class中內(nèi)容文留，并加載對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象的么。

• Custom ClassLoader(自定義類加載器)：
  想要自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)類加載器竭沫，只需要繼承ClassLoader類即可厂庇。關(guān)于自定義類加載器有什么作用，如何具體的實(shí)現(xiàn)自定義類加載器输吏，需要在另外的文章中說了权旷。

在這個(gè)加載階段，對(duì)于一個(gè)非數(shù)組類加載階段（或者說加載階段中獲取二進(jìn)制字節(jié)流動(dòng)作）是我們開發(fā)人員可控性最強(qiáng)的贯溅，因?yàn)樵撾A段既可以使用系統(tǒng)提供的引導(dǎo)類加載器完成拄氯，也可以有我們開發(fā)人員自定義的類加載器去完成，也就是說開發(fā)人員可以自定義類加載去控制字節(jié)流的獲取方式它浅。

對(duì)于數(shù)組類而言译柏，情況有所不同，數(shù)組類本身不通過類加載創(chuàng)建姐霍，它是由Java虛擬機(jī)直接創(chuàng)建的鄙麦。但是數(shù)組類里面的數(shù)據(jù)類型的加載就與類加載器有關(guān)了:

1. 若是數(shù)組的組件類型(ComponentType)是引用類型，那么就采用常規(guī)類加載器加載這個(gè)類镊折，該數(shù)組將在該組件類型的類加載器的類名稱空間上被標(biāo)識(shí)胯府。
2. 若是組件類型不是引用類型(eg: int[])，java虛擬機(jī)將會(huì)把該數(shù)組標(biāo)記為與引導(dǎo)類加載器關(guān)聯(lián)(Bootstarp classLoader)用來確定一個(gè)類的唯一性恨胚。

ClassLoader加載class過程

類加載器層次關(guān)系是雙親委派模型骂因，該模型要求除了頂層的類加載器外，其余的類加載器都應(yīng)當(dāng)有自己的父類加載器赃泡。這里的類加載器之間的父子關(guān)系一般不會(huì)以繼承關(guān)系來實(shí)現(xiàn)寒波，而都是使用組合關(guān)系來復(fù)用父加載器的代碼。本來想寫寫雙親委派的具體好處升熊，和劣勢(shì)的俄烁，因?yàn)槠螅土砥鹞恼聛碚f到說到级野。

      Bootstrap classLoader
             /\
            /||\
       Extenssion ClassLoader
             /\
            /||\
      Application ClassLoader
        /|         |\
User ClassLoader    User ClassLoader(自定義類加載器)

看看JDK中關(guān)于系統(tǒng)類加載器代碼：java.lang.ClassLoader.java:

public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
    initSystemClassLoader();    //初始化獲取sun.misc.Launcher中的AppClassLoader類加載器
    if (scl == null) {
        return null;
    }
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
        checkClassLoaderPermission(scl, Reflection.getCallerClass());
    }
    return scl;
}
// The class loader for the system
// @GuardedBy("ClassLoader.class")
private static ClassLoader scl;
// Set to true once the system class loader has been set
// @GuardedBy("ClassLoader.class")
private static boolean sclSet;
private static synchronized void initSystemClassLoader() {
    if (!sclSet) {
        if (scl != null)
            throw new IllegalStateException("recursive invocation");
        sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher();      //加載sun.misc,Launcher類
        if (l != null) {
            Throwable oops = null;
            scl = l.getClassLoader();                               //加載sun.misc,Launcher類中AppClassLoader
            try {
                scl = AccessController.doPrivileged(
                    new SystemClassLoaderAction(scl));
            } catch (PrivilegedActionException pae) {
                oops = pae.getCause();
                if (oops instanceof InvocationTargetException) {
                    oops = oops.getCause();
                }
            }
            if (oops != null) {
                if (oops instanceof Error) {
                    throw (Error) oops;
                } else {
                    // wrap the exception
                    throw new Error(oops);
                }
            }
        }
        sclSet = true;      //若為真页屠，表示系統(tǒng)類加載器加載成功完成
    }
}

上面可以看到，在ClassLoader類中，initSystemClassLoader方法會(huì)加載sun.misc.Launcher中的AppClassLoader屬性值卷中，
就是獲取應(yīng)用類加載器矛双。
那么該類的作用就是將CLASSPATH中java庫所有二進(jìn)制類字節(jié)流加載到方法區(qū)(運(yùn)行常量池渊抽，類型信息蟆豫，字段信息，方法信息懒闷，類加載器引用等)中十减。

而引導(dǎo)類加載器Bootstrap ClassLoader是JVM啟動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建該實(shí)例愤估。

那看看sun.misc.Launcher源碼帮辟，就可以知道拓展類加載器和應(yīng)用類加載器的具體加載過程：(該Launcher類在rt.jar包中，該包放置所有J2SE的必要類)

當(dāng)JVM啟動(dòng)創(chuàng)建Bootstrap ClassLoader時(shí)候玩焰，就會(huì)加載rt.jar包中所有二進(jìn)制字節(jié)流類信息由驹，到JVM中的方法區(qū)中。
然后昔园，通過這些全限定的類字節(jié)文件蔓榄，就可以創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的類對(duì)象實(shí)例，并將實(shí)例保存到Heap中默刚。

public class Launcher {
    private static URLStreamHandlerFactory factory = new Factory();
    private static Launcher launcher = new Launcher();
    public static Launcher getLauncher() {
        return launcher;
    }
    private ClassLoader loader;
    
    //ClassLoader.getSystemClassLoader會(huì)調(diào)用此方法
    public ClassLoader getClassLoader() {
        return loader;
    }
    public Launcher() {
        // 1. 創(chuàng)建ExtClassLoader 
        ClassLoader extcl;
        try {
            extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create extension class loader");
        }
        // 2. 用ExtClassLoader作為parent去創(chuàng)建AppClassLoader 
        try {
            loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create application class loader");
        }
        // 3. 設(shè)置AppClassLoader為ContextClassLoader
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);
        //...
    }
    static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {
        private File[] dirs;
        public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException
        {
            final File[] dirs = getExtDirs();
            return new ExtClassLoader(dirs);
        }
        public ExtClassLoader(File[] dirs) throws IOException {
            super(getExtURLs(dirs), null, factory);
            this.dirs = dirs;
        }
        private static File[] getExtDirs() {
            String s = System.getProperty("java.ext.dirs");
            File[] dirs;
            //...
            return dirs;
        }
    }
    /**
     * The class loader used for loading from java.class.path.
     * runs in a restricted security context.
     */
    static class AppClassLoader extends URLClassLoader {
        public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader extcl)
            throws IOException
        {
            final String s = System.getProperty("java.class.path");
            final File[] path = (s == null) ? new File[0] : getClassPath(s);
            URL[] urls = (s == null) ? new URL[0] : pathToURLs(path);
            return new AppClassLoader(urls, extcl);
        }
        AppClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent) {
            super(urls, parent, factory);
        }
        
        /**
         * Override loadClass so we can checkPackageAccess.
         */
        public synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException
        {
            int i = name.lastIndexOf('.');
            if (i != -1) {
                SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
                if (sm != null) {
                    //
                    sm.checkPackageAccess(name.substring(0, i));
                }
            }
            return (super.loadClass(name, resolve));
        }
    }
}

可以看到甥郑，當(dāng)獲取AppClassLoader的時(shí)候，就loader字段賦值時(shí)候荤西，是通過傳遞extcl變量澜搅，通過父類加載器去完成的。
引導(dǎo)類是加載java運(yùn)行是必要的類庫文件邪锌。

系統(tǒng)類加載器則是我們開發(fā)中經(jīng)常寫的源代碼編譯成字節(jié)碼勉躺，加載字節(jié)碼類信息到JVM方法區(qū)域中的工具。

因?yàn)椴煌募虞d器的命名空間會(huì)對(duì)相互加載的類的訪問性觅丰，可見性等都會(huì)有影響赂蕴。每個(gè)線程其實(shí)也綁定著一個(gè)上下文的類加載器:

1. 同一個(gè)命名空間內(nèi)的類是相互可見的。
2. 子加載器的命名空間包含所有的父加載器的命令空間舶胀，因此子加載器加載的類能看見父加載器加載的類概说。（eg:AppClassLoader可以看見所有BootstrapClassLoader加載的類，就像java.lang.*下所有的包嚣伐，我們自定義的類都能使用該包空間下的所有的類糖赔。）
3. 由父加載器加載的類不能看見子加載器加載的類。（這也算是雙親委托加載的一個(gè)弊端了轩端，若是父加載器想要加載子加載器加載的類如何實(shí)現(xiàn)放典？）
4. 如果兩個(gè)加載器之間沒有直接或者間接的父子關(guān)系。那么它們各自加載的類是互不可見的。(像很多三方框架和服務(wù)器,eg:tomcat中奋构，自定義由類的類加載器來加載不同的命名空間的類壳影，那么這些類互不可見，完全解耦弥臼，互不干擾和影響宴咧。注意這與具備父子關(guān)系的父加載器想訪問子加載器加載的類是不同的)
5. 當(dāng)兩個(gè)不同命名空間內(nèi)的類互不可見時(shí)候，其實(shí)還是可以采用java的反射機(jī)制來訪問實(shí)例的屬性和方法径缅。

class文件中的信息在JVM如何存儲(chǔ)的掺栅？

Class對(duì)象比較特殊，它雖然是對(duì)象纳猪，但是存放在方法區(qū)里面氧卧。根據(jù)我目前有限知識(shí)，參考了其他書籍可知氏堤。當(dāng)JVM啟動(dòng)實(shí)例化引導(dǎo)類加載器和拓展類沙绝，應(yīng)用程序加載器時(shí)候，就會(huì)把包括JDK中重要庫包(eg:rt.jar,resources.jar鼠锈、charsets.jar等)和我們自己寫的java代碼編譯過后闪檬，保存這class具體信息的字節(jié)碼文件中的類信息，都加載到JVM中的方法區(qū)中了脚祟。

包括將類中所有信息（運(yùn)行時(shí)常量谬以，類型信息，字段信息由桌，方法信息为黎，屬性信息，類加載器引用類信息行您，對(duì)應(yīng)class實(shí)例引用）都放置到方法區(qū)铭乾。

就像一個(gè)大的加工類工廠一樣，將包裝了許多原料的麻包娃循，麻袋通過機(jī)器炕檩，人工（就相當(dāng)與類加載器）精密處理，將不同的物料分配到倉房中的不同指定位置捌斧，以備后面需要材料的時(shí)候笛质，進(jìn)行出庫等等。

存放在JVM方法區(qū)中的并不包含類字節(jié)流對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例捞蚂。只是存放類的信息和一些class實(shí)例引用妇押。而對(duì)象實(shí)例大多通常都是創(chuàng)建在heap堆區(qū)域中了。

class對(duì)象如何獲取和創(chuàng)建姓迅？

類初始化節(jié)點(diǎn)是類加載過程最后一步敲霍，除了上面說的可以自定義類加載器對(duì)二進(jìn)制字節(jié)流自行加載外俊马，其余過程都是JVM來主導(dǎo)和控制運(yùn)行的。到了初始化階段肩杈，才是真正執(zhí)行類中定義的java代碼柴我。（或者是class字節(jié)碼文件中已保存到JVM方法區(qū)中的內(nèi)容）

當(dāng)一系列的類準(zhǔn)備，加載扩然，驗(yàn)證艘儒，解析，初始化后呢与学，在java內(nèi)存中也就有了對(duì)應(yīng)類的Class代表的對(duì)象彤悔。
在jdk的源碼包:java.lang.Class中也說到j(luò)ava系統(tǒng)程序在運(yùn)行時(shí)嘉抓，一直對(duì)所有的對(duì)象進(jìn)行所謂的運(yùn)行時(shí)類型標(biāo)識(shí)（靜態(tài)的編譯類型索守，動(dòng)態(tài)的運(yùn)行時(shí)類型），這項(xiàng)信息保存了每個(gè)對(duì)象所屬于的類抑片，JVM通常就可以使用運(yùn)行時(shí)類型標(biāo)識(shí)信息來選擇正確的方法調(diào)用執(zhí)行卵佛，用來保存每個(gè)對(duì)象的類型標(biāo)識(shí)信息的類就是Class類。（在JVM類加載器加載類字節(jié)流的時(shí)候敞斋，也就會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建所謂的類型標(biāo)識(shí)截汪，將方法區(qū)域中類的信息都映射保存到Class的類對(duì)象實(shí)例中）

Class類沒有公共的構(gòu)造器，Class對(duì)象是當(dāng)JVM中類加載器加載很多類字節(jié)流和顯示調(diào)用defineClass方法時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建好的植捎。
java應(yīng)用程序中的每個(gè)實(shí)例對(duì)象通過obj.getClass()都能得到其對(duì)應(yīng)的Class類衙解。每個(gè)類都有一個(gè)Class對(duì)象，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)候焰枢，JVM首先檢查要加載的類對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象是否已經(jīng)加載蚓峦。如果該Class對(duì)象沒有初始化加載，那么JVM會(huì)根據(jù)全限定類名對(duì).class文件在類路徑上進(jìn)行查找济锄，并將.class文件內(nèi)容裝載到Class對(duì)象中暑椰。

每個(gè)數(shù)組也會(huì)被映射到一個(gè)對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象實(shí)例，并且所有具有相同元素類型和維度的數(shù)組都共享該Class對(duì)象荐绝。一般某個(gè)類的Class對(duì)象被載入內(nèi)存一汽，那么就可以用來創(chuàng)建這個(gè)類的所有對(duì)象。（MyObject o = new MyObject()）

• 如何可以得到Class對(duì)象低滩？

1. 調(diào)用Object類的getClass()方法可以得到對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象召夹。

Myobject o;
Class c1 = o.getClass();

2. .使用Class類中的靜態(tài)forName()方法得到與全限定名字符串對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象。也就是通過反射來獲取恕沫。(JVM類加載器加載监憎，并封裝class信息到Class對(duì)象中)

Class c2 = Class.forName("xx.xx.MyObject");

3. 如果T時(shí)一個(gè)java類型（基本類型，引用類型）昏兆，那么可以通過T.class就代表了匹配的類對(duì)象枫虏。

Class cl1 = Student.class;
Class cl2 = int.class;
Class cl3 = String[].class;

那么java.lang.Class有哪些常用的方法妇穴？

1. getName()
   一個(gè)Class對(duì)象描述了一個(gè)特定類的屬性，Class類中最常用的方法getName已String形式返回Class 對(duì)象所表示的實(shí)體（類隶债、接口腾它、數(shù)組類、基本類型或 void）名稱死讹。
2. newInstance()
   Class還有一個(gè)有用的方法可以為類創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例瞒滴，這個(gè)方法叫做newInstance()。例如：
   x.getClass.newInstance()赞警，創(chuàng)建了一個(gè)同x一樣類型的新實(shí)例妓忍。newInstance()方法調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造器（無參數(shù)構(gòu)造器）初始化新建對(duì)象。
3. getClassLoader()
   返回加載該類字節(jié)碼的類加載器愧旦。

總的大體來說世剖，java程序運(yùn)行與OS交互圖如下：（參考自網(wǎng)絡(luò)）

all.jpg

好了，對(duì)于class說得差不多了笤虫。從一開始的java源代碼旁瘫，經(jīng)過編譯成*.class字節(jié)碼文件，也詳細(xì)分析了字節(jié)碼里二進(jìn)制對(duì)應(yīng)的含義琼蚯。然后到JVM類加載器加載這些class字節(jié)碼文件酬凳，生成java.lang.Class對(duì)象。這個(gè)流程也流暢的完結(jié)了遭庶，若是有不對(duì)的地方宁仔，再修改。(僅供拋磚引玉.......)

參考:
Java虛擬機(jī)規(guī)范（Java SE 7）中文版（Java_Virtual_Machine_Specification_Java_SE_7）
[深入理解Java虛擬機(jī)：JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐].周志明
亦山博客