轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)并注明出處:
原文鏈接：www.reibang.com/p/92c27f117edc
原文作者：Coder_Ring

本文篇幅稍長(zhǎng)，建議收藏慢慢看谷徙。

虛擬機(jī)類加載機(jī)制經(jīng)常在面試的時(shí)候是必考的問(wèn)題讶请，了解類加載機(jī)制對(duì)每個(gè)java程序員來(lái)說(shuō)都是很重要的，知根知底地寫代碼灵寺，遇到問(wèn)題的時(shí)候才能快速找出問(wèn)題所在民效。

虛擬機(jī)類加載過(guò)程

java是一門解釋型語(yǔ)言，虛擬機(jī)在運(yùn)行時(shí)將字節(jié)碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載和鏈接炬守。一個(gè)類從被加載到內(nèi)存開(kāi)始牧嫉，到它卸載分7個(gè)階段：

• 加載（loading）
• 驗(yàn)證（verification）
• 準(zhǔn)備（preparation)
• 解析（resolution）
• 初始化（initialization)
• 使用（using）
• 卸載（unloading)

其中，加載劳较、驗(yàn)證驹止、準(zhǔn)備浩聋、解析和初始化是類加載的過(guò)程观蜗。解析階段和初始化階段的時(shí)間先后并沒(méi)有強(qiáng)制要求。

加載

通過(guò)類的全限定名衣洁，從指定來(lái)源加載二進(jìn)制字節(jié)碼墓捻，并轉(zhuǎn)換成jvm可以使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在內(nèi)存中生成一個(gè)代表該類的java.lang.Class對(duì)象坊夫。

這里的來(lái)源可以是文件砖第、網(wǎng)絡(luò)、流环凿、數(shù)據(jù)庫(kù)等梧兼。

驗(yàn)證

對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行驗(yàn)證，比如是否符合jvm對(duì)于字節(jié)碼的規(guī)范智听，以及對(duì)安全性等做檢驗(yàn)羽杰。

準(zhǔn)備

• 正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置初始值。
• 并且只是設(shè)置類靜態(tài)變量的初始值,實(shí)例變量在實(shí)例初始化時(shí)進(jìn)行賦值到推，
• 這里的初始賦值是賦零值考赛，比如boolean 就是設(shè)置為false，int 設(shè)置為 0莉测，float 設(shè)置為0.0f等
• 對(duì)于 public static int value = 666這種情況也是賦零值颜骤，value 賦值 為666 的操作是在類的初始化階段進(jìn)行
• 如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性，即同時(shí)被final和static修飾的帶賦值的變量捣卤，那么在準(zhǔn)備階段忍抽，變量value就會(huì)被初始化為ConstValue屬性所指定的值。
• 例如:public static final int value = 666,編譯時(shí)Javac將會(huì)為value生成ConstantValue屬性董朝，并且這個(gè)屬性的值為666,在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)就會(huì)根據(jù)ConstantValue的設(shè)置將value賦值為666梯找。

解析

將字節(jié)碼常量池中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用的過(guò)程。（這里的常量池以及后面提到的常量池益涧，不是指內(nèi)存中的常量池锈锤，而是指class文件中的某一段，你可以理解成字節(jié)碼文件中存放各類信息的倉(cāng)庫(kù)，供jvm讀染妹狻）

java源代碼在進(jìn)行javac編譯成字節(jié)碼文件的時(shí)候浅辙，并沒(méi)有像c/c++那樣，在編譯時(shí)進(jìn)行鏈接阎姥，而是在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)鏈接记舆，因此，class字節(jié)碼中并沒(méi)有保存各個(gè)變量呼巴、方法在內(nèi)存中的地址布局泽腮，由虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)分配所需內(nèi)存，然后將這些符號(hào)引用解析成如下幾種直接引用：

• 直接指向目標(biāo)的指針（比如衣赶，指向“類型”【Class對(duì)象】诊赊、類變量、類方法的直接引用可能是指向方法區(qū)的指針）
• 相對(duì)偏移量（比如府瞄，指向?qū)嵗兞勘贪酢?shí)例方法的直接引用都是偏移量）
• 一個(gè)能間接定位到目標(biāo)的句柄

直接引用是和虛擬機(jī)的內(nèi)存布局相關(guān)的，同一個(gè)符號(hào)引用在不同的虛擬機(jī)實(shí)例上翻譯出來(lái)的直接引用一般不會(huì)相同遵馆。如果有了直接引用鲸郊，那引用的目標(biāo)必定已經(jīng)被加載入內(nèi)存中了。

解析主要針對(duì)的是類或接口货邓、類的字段秆撮、類的方法、接口的方法换况、方法類型职辨、方法句柄和調(diào)用點(diǎn)限定符等符號(hào)，下面列出常量池中的符號(hào)與目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(大概知道有這個(gè)東西就行复隆，當(dāng)然不止這些拨匆，我懶得寫而已)：

初始化

類加載過(guò)程的最后一個(gè)階段，準(zhǔn)備階段的時(shí)候挽拂，變量已經(jīng)賦值過(guò)一次初始值惭每，在初始化階段，代碼中通過(guò)主觀計(jì)劃初始化類變量亏栈，和其他資源台腥，初始化階段就是執(zhí)行類構(gòu)造器方法（<clinit>()方法）的過(guò)程。

什么是<clinit>()?

<clinit>()方法是編譯器自動(dòng)收集類中的所有類靜態(tài)變量的賦值動(dòng)作（比如public static int value = 666 中的666賦值）和靜態(tài)初始化塊(static代碼塊)的語(yǔ)句合并產(chǎn)生的方法绒北。

• 編譯器收集這些動(dòng)作的順序是根據(jù)語(yǔ)句在源文件中的編寫順序決定的黎侈，因此你如果按以下順序?qū)懘a是無(wú)法通過(guò)編譯的。

static {
   yu = 6 ;//給變量賦值可以通過(guò)編譯闷游，
   int ss = yu; //但是這句峻汉，引用變量是不能通過(guò)編譯的
}
public static int yu = 8 ;

• <clinit>()方法在繼承關(guān)系中的執(zhí)行順序是先執(zhí)行父類的<clinit>（）方法贴汪，這樣就使得父類的靜態(tài)代碼塊先執(zhí)行于子類的靜態(tài)代碼塊。
• <clinit>()方法對(duì)于類和接口來(lái)說(shuō)不是必須的休吠，如果一個(gè)類沒(méi)有靜態(tài)代碼塊扳埂，也沒(méi)有靜態(tài)變量的賦值操作，那么編譯器就不會(huì)生成此方法瘤礁。
• 接口中雖然不能有靜態(tài)初始化塊阳懂，但是仍然可以有類靜態(tài)變量的初始化賦值，因?yàn)榻涌谥卸x的變量都是public static final的變量,所以柜思，如果接口中定義了變量岩调，編譯器也會(huì)生產(chǎn)<clinit>()方法。
• 執(zhí)行接口的<clinit>()方法不需要先執(zhí)行父類的<clinit>()方法赡盘，只有當(dāng)使用了父接口中定義的變量時(shí)号枕，才需要執(zhí)行父類的<clinit>()方法，這點(diǎn)和類有所不同亡脑。
• 類只有final修飾的靜態(tài)變量且沒(méi)有static塊堕澄，不會(huì)生成<clinit>()方法邀跃。
• 類的<clinit>()方法在多線程中是線程安全的霉咨，是通過(guò)加鎖同步阻塞實(shí)現(xiàn)線程安全，因此最好不要在一個(gè)類的<clinit>()方法中執(zhí)行耗時(shí)操作拍屑，這樣會(huì)導(dǎo)致多個(gè)線程阻塞途戒。

初始化時(shí)機(jī)：

• 創(chuàng)建某個(gè)類的新實(shí)例時(shí)：new、反射僵驰、克隆或反序列化喷斋；
• 調(diào)用某個(gè)類的靜態(tài)方法時(shí)；以及使用某個(gè)類或接口的靜態(tài)字段或?qū)υ撟侄钨x值時(shí)（final字段除外）蒜茴；
• 調(diào)用Java的某些反射方法時(shí)
• 初始化某個(gè)類的子類時(shí)
• 在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)某個(gè)含有main()方法的那個(gè)啟動(dòng)類星爪。

以下情況不會(huì)對(duì)類進(jìn)行初始化：

• 定義數(shù)組時(shí)：比如MyClass[] mc = new MyClass[10];，這種情況不會(huì)對(duì)MyClass類進(jìn)行初始化粉私。
• 調(diào)用的靜態(tài)方法或者使用的靜態(tài)變量是繼承自父類：比如int value = Sub.value;value 是Sub類繼承自SuperClass類的一個(gè)靜態(tài)變量顽腾，不會(huì)觸發(fā)對(duì)Sub類的初始化，反而會(huì)觸發(fā)父類SuperClass的初始化诺核。
• 引用final 修飾的靜態(tài)變量抄肖，且該變量在編譯時(shí)就確定下來(lái)，即在聲明處已經(jīng)賦值窖杀，而不是在靜態(tài)初始化塊賦值漓摩。例如：int value = Sub.value2;，聲明處為public static final int value2 = 233;入客，不會(huì)觸發(fā)Sub類的初始化管毙。

類加載器概念

虛擬機(jī)將類的加載過(guò)程中獲取字節(jié)碼的工作交給類加載器來(lái)完成腿椎。

類加載器種類

• 啟動(dòng)類加載器Bootstrap ClassLoader:加載JRE_HOME/lib下的核心包，該類加載器是用c++寫的夭咬。
• 擴(kuò)展類加載器Extension ClassLoader:加載JRE_HOME/lib/ext目錄下的擴(kuò)展包,也可以通過(guò)啟動(dòng)參數(shù)-Djava.ext.dirs指定酥诽，該類用java編寫。對(duì)應(yīng)ExtClassLoader類
• 應(yīng)用類加載器Application ClassLoader:應(yīng)用類加載器皱埠，加載classpath下的字節(jié)碼文件肮帐，用java編寫，對(duì)應(yīng)AppClassLoader這個(gè)類边器，可以通過(guò)ClassLoader類的靜態(tài)方法getSystemClassLoader()獲得训枢，所以又叫系統(tǒng)類加載器
• 自定義類加載器：自定義的類加載器，通過(guò)直接或者間接繼承抽象的ClassLoader類忘巧。

除啟動(dòng)類加載器外恒界，其他類加載器都是直接或者間接地繼承了ClassLoader這個(gè)抽象類。

父子關(guān)系如下：

說(shuō)明：通過(guò)ClassLoader的getParent()方法可以獲得父類加載器砚嘴，但這種父子關(guān)系并不是繼承關(guān)系十酣，是通過(guò)組合實(shí)現(xiàn)的，如果不知道組合是什么可以看一下這篇文章《繼承與組合》际长。

ClassLoader的主要方法

• public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException:公有調(diào)用加載類的入口耸采，內(nèi)部是調(diào)用了loadClass(String name,boolean resolve)方法
• protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException:通過(guò)雙親委托機(jī)制實(shí)現(xiàn)的加載類的實(shí)現(xiàn)。
• protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException查找類的方法工育，自定義類加載器推薦重寫此方法虾宇。
• protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len):將二進(jìn)制字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成Class的一個(gè)實(shí)例。

推薦自己看一下ClassLoader的源碼如绸，可以利用IDE的一些快捷鍵方便自己嘱朽，通過(guò)debug單步執(zhí)行，這樣查看會(huì)清晰很多怔接。

雙親委派機(jī)制

介紹：

如果一個(gè)類加載器收到加載類的請(qǐng)求,它是首先交給父加載器完成加載搪泳，依次委托直到頂層類加載器BootStrap ClassLoader,如果不是該類加載器的職責(zé)，它會(huì)交給下層去加載扼脐，依次往下直到找不到合適的類加載器就拋出ClassNotFoundException異常岸军。

優(yōu)點(diǎn)：

• 使得類加載不會(huì)重復(fù)加載。
• 具有優(yōu)先級(jí)層次關(guān)系谎势，使得java程序穩(wěn)定運(yùn)作凛膏。
  • 舉個(gè)栗子，如果我們使用了一個(gè)自定義的類全限定名一樣的Object類脏榆，雖然編譯不會(huì)報(bào)錯(cuò)猖毫，但是運(yùn)行時(shí)就會(huì)報(bào)錯(cuò)，是因?yàn)檫@種雙親委派機(jī)制的存在须喂，即使自定義Object吁断，也會(huì)委托給最頂層的啟動(dòng)類加載器趁蕊，該類加載器發(fā)現(xiàn)這個(gè)類不合法，拋出運(yùn)行時(shí)異常仔役。倘若不是雙親委托掷伙，而是系統(tǒng)類加載器或者自定義類加載器加載Object，因?yàn)榧虞d過(guò)的類會(huì)緩存又兵，會(huì)導(dǎo)致其他繼承了Object類的類受到巨大影響任柜。

破壞雙親委派機(jī)制

雙親委派機(jī)制并不是強(qiáng)制規(guī)范，是可以破壞的沛厨，有些場(chǎng)景是需要破壞它的這種委托機(jī)制的宙地。比如某些情況基于特定要求重寫了loadClass方法。又比如一個(gè)經(jīng)典的情況：

//1
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
//2.
DriverManager.getConnection(url);

1和2這兩句代碼相信你再熟悉不過(guò)了逆皮，1是通過(guò)類全限定名去加載mysql的驅(qū)動(dòng)宅粥，一般自定義類是由AppClassLoader加載，而2是由Bootstrap ClassLoader去加載电谣，那么它怎么獲得mysql實(shí)現(xiàn)的類的實(shí)例的秽梅？原來(lái)，在DriverManager內(nèi)部實(shí)現(xiàn)中剿牺，不是使用啟動(dòng)類加載器去加載企垦，而是使用調(diào)用了DriverMannager.getConnection方法的類的當(dāng)前線程類加載器去加載，默認(rèn)的當(dāng)前線程上下文類加載器是AppClassLoader,也就是使用了AppClassLoader加載mysql實(shí)現(xiàn)類牢贸。這給我們有所啟發(fā)竹观，可以修改當(dāng)前線程上下文類加載器镐捧，然后用當(dāng)前線程上下文類加載器去加載具體實(shí)現(xiàn)類潜索，實(shí)現(xiàn)破壞雙親委派機(jī)制，這在SPI（服務(wù)提供者接口懂酱，Service Provider Interface）中很常見(jiàn)竹习。

//修改的方法。
Thread.currentThread().setContextClassLoader(classLoader);

類加載器主要應(yīng)用

• 熱部署（Hotswap）列牺，或者有些時(shí)候也叫動(dòng)態(tài)替換整陌、熱替換、熱更新,我們知道修改jsp文件之后瞎领，可以不需要重新啟動(dòng)Tomcat泌辫，實(shí)際上它就是自定義了一個(gè)類加載器實(shí)現(xiàn)對(duì)字節(jié)碼的熱更新。
• 對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行加密防止破解
• ......

下面通過(guò)一個(gè)小demo九默，介紹一下怎么自定義類加載器震放，并通過(guò)它加載類。

package wyn.test;
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
import java.util.*;
public class DemoTest {
    @Test
    public void classLoaderTest() throws Exception {
        List list = (List) new MyClassLoader().loadClass("wyn.test.MyList").newInstance();
        System.out.println("list.size = " + list.size() + "\nClassLoader:" + list.getClass().getClassLoader());
    }

}
class MyClassLoader extends ClassLoader{
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Path path = Paths.get("D:\\" + name.replaceAll("\\.","\\\\") + ".class");
        byte[] classData = null;
        try {
            classData = Files.readAllBytes(path);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return defineClass(name,classData,0,classData.length);
    }
}

//MyList.java
package wyn.test;
import java.util.*;
public class MyList extends ArrayList{
    @Override
    public int size() {
        return 666;
    }
}

將MyList.java放到D盤驼修，然后cmd下面執(zhí)行javac -d . MyList.java編譯殿遂，然后就可以通過(guò)IDE執(zhí)行上面的DemoTest的classLoaderTest方法：
運(yùn)行結(jié)果如下：

參考

• blog.csdn.net/u014656992/article/details/51107127
• www.reibang.com/p/639f430fe15a
• www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-clobj-init/
• 《深入理解java虛擬機(jī)》

對(duì)你若有幫助點(diǎn)個(gè)贊吧