1 前言：

在上一篇文章一文讓你明白Java字節(jié)碼中,
我們了解了java字節(jié)碼的解析過程昂验，那么在接下來的內(nèi)容中逛艰，我們來了解一下類的加載機(jī)制蘑志。

2 題外話

Java的核心是什么金砍？當(dāng)然是JVM了址否，所以說了解并熟悉JVM對于我們理解Java語言非常重要餐蔬，不管你是做Java還是Android，熟悉JVM是我們每個(gè)Java在张、Android開發(fā)者必不可少的技能用含。如果你現(xiàn)在覺得Android的開發(fā)到了天花板的地步，那不妨往下走走帮匾，一起探索JAVA層面的內(nèi)容啄骇。如果我們不了解自己寫的代碼是如何被執(zhí)行的，那么我們只是一個(gè)會寫代碼的程序員瘟斜，我們知其然不知其所以然缸夹。看到很多人說現(xiàn)在工作難找螺句，真是這樣嗎虽惭？如果我們足夠優(yōu)秀，工作還難找嗎蛇尚？如果我們底子足夠深芽唇，需要找工作嗎？找不到工作多想想自己的原因取劫，總是抱怨環(huán)境是沒有用的匆笤，因?yàn)槟銢]辦法去改變壞境。如果我們一直停留在框架層面谱邪，停留在新的功能層面炮捧，那么我們的優(yōu)勢在哪里呢？所以說惦银，我們不僅要學(xué)會寫代碼咆课，還要知道為什么這樣寫代碼末誓，這才是我們的核心競爭力之一。這樣我們的差異化才能夠體現(xiàn)出來书蚪，不信喇澡？我們走著瞧......我們第一個(gè)差異化就是對JVM的掌握，而今天的內(nèi)容類加載機(jī)制是JVM比較核心的部分善炫，如果你想和別人不一樣撩幽，那就一起仔細(xì)研究研究這次的內(nèi)容吧。

3 引子

為了看看自己是否掌握了類加載機(jī)制箩艺，我們看看一道題：

public class Singleton {
  private static Singleton singleton = new Singleton();
  public static int counter1;
  public static int counter2 = 0;
  private Singleton() {
      counter1++;
      counter2++;
  }
  public static Singleton getSingleton() {
      return singleton;
  }
 }

上面是一個(gè)Singleton類窜醉，有3個(gè)靜態(tài)變量，下面是一個(gè)測試類艺谆，打印出靜態(tài)屬性的值榨惰，就是這么簡單。

  public class TestSingleton {
  public static void main(String args[]){
      Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
      System.out.println("counter1="+singleton.counter1);
      System.out.println("counter2="+singleton.counter2);
  }
}

在往下看之前静汤，大家先看看這道題的輸出是啥琅催？如果你清楚知道為什么，那么說明你掌握了類的加載機(jī)制虫给，往下看或許有不一樣的收獲藤抡；如果你不懂，那就更要往下看了抹估。我們先不講這道題缠黍，待我們了解了類的加載機(jī)制之后，回過頭看看這道題药蜻，或許有恍然大悟的感覺瓷式，或許講完之后你會懷疑自己是否真正了解Java，或許你寫了這么多年的Java都不了解它的執(zhí)行機(jī)制语泽，是不是很丟人呢贸典？不過沒關(guān)系，馬上你就不丟人了踱卵。

4 正題

下面我們具體了解類的加載機(jī)制廊驼。
1)加載
2)連接（驗(yàn)證-準(zhǔn)備-解析）
3)初始化
JVM就是按照上面的順序一步一步的將字節(jié)碼文件加載到內(nèi)存中并生成相應(yīng)的對象的。首先將字節(jié)碼加載到內(nèi)存中惋砂，然后對字節(jié)碼進(jìn)行連接妒挎，連接階段包括了驗(yàn)證準(zhǔn)備解析這3個(gè)步驟，連接完畢之后再進(jìn)行初始化工作班利。下面我們一一了解：

5 首先我們了解一下加載

5.1 什么是類的加載？

類的加載指的是將類的.class文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中,將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域的方法去內(nèi),然后在堆中創(chuàng)建java.lang.Class對象,用來封裝類在方法區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).只有java虛擬機(jī)才會創(chuàng)建class對象,并且是一一對應(yīng)關(guān)系.這樣才能通過反射找到相應(yīng)的類信息.

我們上面提到過Class這個(gè)類榨呆，這個(gè)類我們并沒有new過罗标，這個(gè)類是由java虛擬機(jī)創(chuàng)建的庸队。通過它可以找到類的信息，我們來看下源碼:

 /*
     * Constructor. Only the Java Virtual Machine creates Class
     * objects.
     */
 private Class() {}

從上面貼出的Class類的構(gòu)造方法源碼中闯割，我們知道這個(gè)構(gòu)造器是私有的彻消，并且只有虛擬機(jī)才能創(chuàng)建這個(gè)類的對象。

5.2 什么時(shí)候?qū)︻愡M(jìn)行加載呢宙拉？

Java虛擬機(jī)有預(yù)加載功能宾尚。類加載器并不需要等到某個(gè)類被"首次主動使用"時(shí)再加載它,JVM規(guī)范規(guī)定JVM可以預(yù)測加載某一個(gè)類，如果這個(gè)類出錯(cuò)谢澈，但是應(yīng)用程序沒有調(diào)用這個(gè)類煌贴， JVM也不會報(bào)錯(cuò)；如果調(diào)用這個(gè)類的話锥忿，JVM才會報(bào)錯(cuò)牛郑，（LinkAgeError錯(cuò)誤)。其實(shí)就是一句話敬鬓，Java虛擬機(jī)有預(yù)加載功能淹朋。

6 類加載器

講到類加載，我們不得不了解類加載器.

6.1 什么是類加載器钉答？

類加載器負(fù)責(zé)對類的加載础芍。

6.2 Java自帶有3種類加載器

classloader.png

    1)根類加載器,使用c++編寫(BootStrap),負(fù)責(zé)加載rt.jar
    2)擴(kuò)展類加載器,java實(shí)現(xiàn)(ExtClassLoader)
    3)應(yīng)用加載器,java實(shí)現(xiàn)(AppClassLoader) classpath

根類加載器，是用c++實(shí)現(xiàn)的数尿，我們沒有辦法在java層面看到仑性；我們接下來看看ExtClassLoader的代碼,它是在Launcher類中，

static class ExtClassLoader extends URLClassLoader

同時(shí)我們看看AppClassLoader砌创，它也是在Launcher中虏缸，

static class AppClassLoader extends URLClassLoader

他們同時(shí)繼承一個(gè)類URLClassLoader。
關(guān)于這種層次關(guān)系嫩实，看起來像繼承刽辙，其實(shí)不是的。我們看到上面的代碼就知道ExtClassLoader和AppClassLoader同時(shí)繼承同一個(gè)類甲献。同時(shí)我們來看下ClassLoader的loadClass方法也可以知道宰缤，下面貼出源代碼：

 private final ClassLoader parent;
 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
                                           throws ClassNotFoundException
   {
      synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
          // First, check if the class has already been loaded
             Class c = findLoadedClass(name);
              if (c == null) {
                 long t0 = System.nanoTime();
                    try {
                         if (parent != null) {
                             c = parent.loadClass(name, false);
                          } else {
                             c = findBootstrapClassOrNull(name);
                               }
                           } catch (ClassNotFoundException e) {
                                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                                // from the non-null parent class loader
                            }
                return c;
                   }
              }

源碼沒有全部貼出，只是貼出關(guān)鍵代碼晃洒。從上面代碼我們知道首先會檢查class是否已經(jīng)加載了慨灭，如果已經(jīng)加載那就直接拿出，否則再進(jìn)行加載球及。其中有一個(gè)parent屬性氧骤，就是表示父加載器。這點(diǎn)正好說明了加載器之間的關(guān)系并不是繼承關(guān)系吃引。

6.3 雙親委派機(jī)制

關(guān)于類加載器筹陵，我們不得不說一下雙親委派機(jī)制刽锤。聽著很高大上，其實(shí)很簡單朦佩。比如A類的加載器是AppClassLoader(其實(shí)我們自己寫的類的加載器都是AppClassLoader)并思，AppClassLoader不會自己去加載類，而會委ExtClassLoader進(jìn)行加載语稠，那么到了ExtClassLoader類加載器的時(shí)候宋彼，它也不會自己去加載，而是委托BootStrap類加載器進(jìn)行加載仙畦，就這樣一層一層往上委托输涕，如果Bootstrap類加載器無法進(jìn)行加載的話，再一層層往下走议泵。
上面的源碼也說明了這點(diǎn)占贫。

  if (parent != null) {
           c = parent.loadClass(name, false);
    } else {
           c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }

6.4 為何要雙親委派機(jī)制

對于我們技術(shù)來講，我們不但要知其然先口，還要知其所以然型奥。為何要采用雙親委派機(jī)制呢？了解為何之前碉京，我們先來說明一個(gè)知識點(diǎn)：
判斷兩個(gè)類相同的前提是這兩個(gè)類都是同一個(gè)加載器進(jìn)行加載的厢汹，如果使用不同的類加載器進(jìn)行加載同一個(gè)類，也會有不同的結(jié)果谐宙。
如果沒有雙親委派機(jī)制烫葬，會出現(xiàn)什么樣的結(jié)果呢？比如我們在rt.jar中隨便找一個(gè)類凡蜻，如java.util.HashMap,那么我們同樣也可以寫一個(gè)一樣的類搭综，也叫java.util.HashMap存放在我們自己的路徑下(ClassPath).那樣這兩個(gè)相同的類采用的是不同的類加載器，系統(tǒng)中就會出現(xiàn)兩個(gè)不同的HashMap類划栓，這樣引用程序就會出現(xiàn)一片混亂兑巾。

我們看一個(gè)例子：

public class MyClassLoader {
    public static void main(String args[]) throws ClassNotFoundException,         IllegalAccessException, InstantiationException {
    ClassLoader loader = new ClassLoader() {
        @Override
        public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {

            String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".")+1)+".class";
            InputStream inputStream = getClass().getResourceAsStream(fileName);
            if (inputStream==null)
                return super.loadClass(name);
            try {
                byte[] bytes = new byte[inputStream.available()];
                inputStream.read(bytes);
                return defineClass(name,bytes,0,bytes.length);

            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException(name);
            }
        }

    };
    Object object = loader.loadClass("jvm.classloader.MyClassLoader").newInstance();
    System.out.println(object instanceof jvm.classloader.MyClassLoader);

  }
}

大家可以看看輸出的是什么？我們自己定義了一個(gè)類加載器忠荞，讓它去加載我們自己寫的一個(gè)類蒋歌，然后判斷由我們寫的類加載器加載的類是否是MyClassLoader的一個(gè)實(shí)例。
答案是否定的委煤。為什么堂油？因?yàn)閖vm.classloader.MyClassLoader是在classpath下面，是由AppClassLoader加載器加載的碧绞，而我們卻指定了自己的加載器府框，當(dāng)然加載出來的類就不相同了。不信讥邻，我們將他的父類加載器都打印出來迫靖。在上面代碼中加入下面代碼：

ClassLoader classLoader = object.getClass().getClassLoader();
    while (classLoader!=null){
        System.out.println(classLoader);
        classLoader = classLoader.getParent();
    }
    if (classLoader==null){
        System.out.println("classLoader == null");
    }
輸出內(nèi)容 ：
jvm.classloader.MyClassLoader$1@60172ec6
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@338bd37a
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@20e90906
classLoader == null

對比一下下面的代碼：

  Object object2 = new MyClassLoader();
   ClassLoader classLoader2 = object2.getClass().getClassLoader();

    while (classLoader2!=null){
        System.out.println(classLoader2);
        classLoader2 = classLoader2.getParent();
    }
    if (classLoader2==null){
        System.out.println("classLoader2 == null");
    }
輸出內(nèi)容：
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@20e90906
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@234f79cb
classLoader == null

第一個(gè)是我們自己加載器加載的類癣诱，第二個(gè)是直接new的一個(gè)對象，是由App類加載器進(jìn)行加載的袜香，我們把它們的父類加載器打印出來了，可以看出他們的加載器是不一樣的鲫惶。很奇怪為何會執(zhí)行classloader==null這句話蜈首。其實(shí)classloader==null表示的就是根類加載器。我們看看Class.getClassLoader()方法源碼：

/**
 * Returns the class loader for the class.  Some implementations may use
 * null to represent the bootstrap class loader. This method will return
 * null in such implementations if this class was loaded by the bootstrap
 * class loader.
**/
   @CallerSensitive
public ClassLoader getClassLoader() {
    ClassLoader cl = getClassLoader0();
    if (cl == null)
        return null;
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
        ClassLoader.checkClassLoaderPermission(cl, Reflection.getCallerClass());
    }
    return cl;
}

從注釋中我們知道了欠母，如果返回了null欢策，表示的是bootstrap類加載器。

7 類的連接

講完了類的加載之后赏淌，我們需要了解一下類的連接踩寇。類的連接有三步，分別是驗(yàn)證碳竟，準(zhǔn)備喂柒，解析搬俊。下面讓我們一一了解

7.1 首先我們看看驗(yàn)證階段。

驗(yàn)證階段主要做了以下工作
-將已經(jīng)讀入到內(nèi)存類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)合并到虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)環(huán)境中去睛榄。
-類文件結(jié)構(gòu)檢查:格式符合jvm規(guī)范-語義檢查:符合java語言規(guī)范,final類沒有子類,final類型方法沒有被覆蓋
-字節(jié)碼驗(yàn)證:確保字節(jié)碼可以安全的被java虛擬機(jī)執(zhí)行.
二進(jìn)制兼容性檢查:確保互相引用的類的一致性.如A類的a方法會調(diào)用B類的b方法.那么java虛擬機(jī)在驗(yàn)證A類的時(shí)候會檢查B類的b方法是否存在并檢查版本兼容性.因?yàn)橛锌赡蹵類是由jdk1.7編譯的想帅，而B類是由1.8編譯的场靴。那根據(jù)向下兼容的性質(zhì)，A類引用B類可能會出錯(cuò)港准，注意是可能旨剥。

7.2 準(zhǔn)備階段

java虛擬機(jī)為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存并賦予默認(rèn)的初始值.如int分配4個(gè)字節(jié)并賦值為0,long分配8字節(jié)并賦值為0;

7.3 解析階段

解析階段主要是將符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用的過程。比如 A類中的a方法引用了B類中的b方法浅缸，那么它會找到B類的b方法的內(nèi)存地址轨帜，將符號引用替換為直接引用(內(nèi)存地址)。

到這里為止疗杉，我們知道了類的加載阵谚，類加載器，雙親委派機(jī)制烟具，類的連接等等操作梢什。那么接下來需要講的是類的初始化，初始化內(nèi)容較多朝聋，另開一篇文章深入理解Java類加載機(jī)制（二）講嗡午，這樣大家就不會疲勞和畏懼了。