類加載基礎概念
嘗試用5W1H模型來聊聊Java的類加載熄赡。
什么是類加載？ 簡單的說齿税，把字節(jié)碼加載到JVM中的過程彼硫，我們就稱之為類加載。輸入是某個類的.class文件的字節(jié)流凌箕，輸出是JVM所管理的方法區(qū)中關于該類的信息拧篮。
為什么要有類加載？ 我的理解是為了更好的支持動態(tài)特性牵舱，比如說熱部署串绩，就是利用了JVM可以動態(tài)加載字節(jié)碼的機制實現(xiàn)的。
什么時候進行類加載芜壁？ 總的來說礁凡，JVM需要某個類的信息，而又沒有的時候慧妄，就會觸發(fā)類加載顷牌。具體來說分了以下幾個場景：
- 遇到new、getstatic塞淹、putstatic韧掩、invokestatic等指令時，如果類還沒有加載過就會觸發(fā)類加載窖铡；
- 子類進行類加載時疗锐，如果父類還沒有加載過，會先觸發(fā)父類的加載费彼；
- 使用反射進行各種操作時滑臊，如果類還沒有加載過，會先進行類加載箍铲。
- 虛擬機啟動時雇卷，會首先加載含有main方法的類。
- 其他情況，這里不是抄書关划，所以我們先不再枚舉小染。
誰來負責類加載？ 類加載有專門的類加載器來完成贮折，類加載器又有等級森嚴的層級關系裤翩，爺爺輩的類加載器叫啟動類加載器，然后是爸爸輩调榄，叫拓展類加載器踊赠，最后是應用程序類加載器。這里涉及到一個類加載過程中各個類加載器是如何分工合作的每庆，會在雙親委派模型中提到筐带。
怎樣進行類加載？ 前面提到過類加載就是把類的字節(jié)碼塞進虛擬機的過程缤灵，那么具體怎么做呢伦籍？
首先，類加載器需要從某處獲得字節(jié)碼的二進制字節(jié)流腮出。為什么不說字節(jié)碼文件鸽斟？因為除了從.class文件中獲取，還可以從壓縮包中解壓獲取利诺，從網(wǎng)絡中獲雀恍睢（比如Applet），甚至是動態(tài)生成一個（想想動態(tài)代理）都是可以的慢逾。這個動作立倍，我們稱為加載。（TO-DO 這個時候生成Class對象了嗎侣滩？）
接著口注，這個對象還不能直接使用，我們需要把針對它做各種校驗君珠，比如字節(jié)碼本身是否合規(guī)寝志，是否是該版本的虛擬機支持，如果都通過了策添，就需要給靜態(tài)變量開辟一塊內(nèi)存區(qū)域材部，然后賦零值，這里的零值指的是唯竹，當內(nèi)存中沒有數(shù)據(jù)時乐导，變量的值，比如對于int型來說零值是0浸颓，對于boolean型來說物臂，零值是false旺拉。最后，如果這個類中存在符號引用棵磷，還需要把符號引用解析為具體的內(nèi)存地址蛾狗。以上所有的動作，我們合并起來仪媒，稱之為鏈接沉桌。
最后，終于到了給靜態(tài)字段賦值的時候了规丽，無論是直接賦值還是通過靜態(tài)塊來完成蒲牧，編譯器都會把這些賦值語句收集到一起撇贺，并且按程序書寫的順序赌莺，然后放在一個叫clinit的方法中，依次執(zhí)行松嘶。這個動作艘狭，我們稱為初始化。
類加載進階
以上是針對類加載機制的一個簡單介紹翠订，下面我們進行一些更加高階的講解巢音。
一種優(yōu)雅的單例實現(xiàn)
實現(xiàn)單例有多種不同的寫法，也個有優(yōu)缺點尽超，其中“餓漢式”的寫法最為簡潔官撼，但缺點是一旦觸發(fā)了類加載就會同步進行實例化。觸發(fā)的機制前面的基礎篇中已經(jīng)提到過似谁，比如調(diào)用Resource中存在的任意一個static字段或者方法傲绣，就會觸發(fā)Resource類的類加載。
而下面的寫法通過引入靜態(tài)內(nèi)部類完美的解決了這個問題巩踏。結(jié)合剛才提到的類加載機制秃诵，說說這是為什么？
public class Resource {
private Resource() {}
public static Resource getInstance() {
return Holder.resource;
}
private static class Holder {
public static final Resource resource = new Resource();
}
}
關于雙親委派模型
剛才介紹了幾個不同的類加載器塞琼，那么他們之間是怎樣合作的菠净？我們結(jié)合ClassLoader類中的loadClass方法來看：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先，檢查該類是否已經(jīng)被加載過
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
// 針對未加載過的類彪杉，先嘗試讓父類加載器進行加載
try {
// 啟動類加載器是通過C++實現(xiàn)的毅往，只能表示為null
// 因此這里有2個邏輯分支
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
// 返回一個啟動類加載器加載的類，如果沒有則返回null
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
// 如果父類加載器無法加載派近，再嘗試自己加載
if (c == null) {
c = findClass(name);
}
}
// 其他實現(xiàn)細節(jié)...
return c;
}
}
通過自定義類加載器實現(xiàn)熱部署
熱部署指的是不需要重啟應用就可以動態(tài)的替換掉其中的一些功能煞抬，類加載器給我們提供了這樣一種實現(xiàn)的思路。
首先构哺，我們說在Java的世界里革答，通過一個類的全限定名 + 類加載器战坤，可以唯一的定位一個類，也就是說残拐，哪怕是同一個.class文件途茫，通過不同的類加載器進入JVM，它們之間也是互相隔離的溪食。
基于上述事實囊卜，當我們希望只是升級某個類的功能時，就可以通過這樣的機制來實現(xiàn)：為該類實例化一個新的類加載器错沃，并重新加載該類栅组，最后替換掉之前舊的版本。
根據(jù)這樣的思路枢析，我們可以定義一個MyTest類玉掸，擁有一個showVersion()方法，在第一個版本中會打印1.0醒叁，在第二個版本中會打印2.0司浪，代表功能進行了升級。
public class MyTest {
public void showVersion() {
System.out.println("1.0版本");
}
}
接著把沼，需要自定義一個類加載器啊易，重寫部分方法，簡單來說饮睬，它會根據(jù)類的全限定名租谈，在/tmp目錄下找對應的字節(jié)碼文件，針對特定的類捆愁，如MyTest割去，不經(jīng)過雙親委派模型，直接加載進內(nèi)存中牙瓢。
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
// 指定那些類可以通過自定義類加載器的方式加載
private Set<String> classNamesLoadMyself = new HashSet<>();
public MyClassLoader(String ... classNames) {
for (String className : classNames) {
classNamesLoadMyself.add(className);
}
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) {
// 根據(jù)路徑和類名找到對應的文件并轉(zhuǎn)化為相應的字節(jié)流
byte[] bytes = FileUtil.getClassByte("/tmp", name);
return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
}
@Override
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
// 如果是指定了要自定義類加載的類劫拗，則繞開雙親委派模型
if (classNamesLoadMyself.contains(name)) {
return findClass(name);
}
return super.loadClass(name);
}
}
最后，我們對這個自定義的類加載器做一個測試矾克。
public class MyClassLoaderClient {
public static void main(String[] args) throws Exception {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// 實例化一個類加載器
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("MyTest");
// 注意這里不能直接強制類型轉(zhuǎn)化為MyTest
Object myTest = myClassLoader.loadClass(className).newInstance();
myTest.getClass().getMethod("showVersion").invoke(myTest);
// 休眠1秒
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}
}
}
在這個測試類中有一行注釋页慷，不能將實例化的MyTest做強制類型轉(zhuǎn)換，請問這是為什么呢胁附？
