JVM类加载机制

概述

虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存，并对数据进行校验、装换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型。

类加载过程

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类加载过程：

加载：通过路径找到字节码文件，然后导入加载。
验证：检查字节码文件的正确性。
准备：为类中的静态变量分配内存空间。
解析：虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。
初始化：为静态变量赋初始值，静态代码快执行初始化工作。

说明：一个Class文件被加载到内存中，会在内存中生成两块内容，一块是保存被加载的二进制文件；另一块是生成一个Class类对象，指向内存中的二进制文件。

类加载器

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类加载器分类：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：是虚拟机的一部分，默认加载jdk\lib下的核心类，C++实现，这个路径可以使用 -Xbootclasspath参数指定。
扩展类加载器（Ext ClassLoader）：默认加载jdk\lib\ext\目录下扩展类，这个路径可以使用 java.ext.dirs系统变量来更改。
应用类加载器（App ClassLoader）：负责加载开发人员编写的类，可以classpath指定内容。
自定义类加载器（Custom ClassLoader）：自定义ClassLoader。

双亲委派机制

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双亲委派过程：

当一个类收到类加载的请求时，虚拟机将这个请求交给Custom ClassLoader处理，先从ClassLoader缓存中查找，如果缓存中存在，则直接返回结果；如果缓存中不存在，则委派给它的父ClassLoader（即App ClassLoader）处理。
App ClassLoader会先从缓存中查找，如果缓存中存在，则直接返回结果；如果缓存中不存在，则委派给他的父ClassLoader（即Ext ClassLoader）处理。
Ext ClassLoader也会先从缓存中查找，如果缓存中存在，则直接返回结果；如果缓存中不存在，则委派给他的父ClassLoader（即Bootstrap ClassLoader）处理。
Bootstrap ClassLoader已经是顶层了，没有父ClassLoader，如果这时缓存中仍然没有，则会先从核心库中查找，如果核心库中没有找到，则会给子ClassLoader（即Ext ClassLoader）反馈。
Ext ClassLoader收到反馈，会查找扩展库，如果扩展库中不存在，则给子ClassLoader（即App ClassLoader）反馈。
App ClassLoader收到反馈，会从应用代码中查找，如果没有找到，会给子ClassLoader（即Custom ClassLoader）反馈。
Custom ClassLoader收到反馈，会交给自定义的ClassLoader处理，如果没有找到，则会抛ClassNotFoundException异常。

工作过程：类被加载时，首先自己不会先加载，而是交给父ClassLoader处理，父ClassLoader无法处理时，再交给子ClassLoader处理。

双亲委派机制优点

双亲委派机制的优势：采用双亲委派模式的是好处是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。其次是考虑到安全因素，Java核心API中定义类型不会被随意替换。假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委托模式传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随意篡改。

案例分析

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        //null

        System.out.println(sun.awt.HKSCS.class.getClassLoader());
        //null

        System.out.println(sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService.class.getClassLoader());
        //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@677327b6

        System.out.println(Person.class.getClassLoader());
        //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        System.out.println(Class.class.getClassLoader());
        //null

        System.out.println(sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader());
        //null

        System.out.println(Person.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader());
        //null

        System.out.println(Person.class.getClassLoader().getParent());
        //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@677327b6
    }
}

String.class.getClassLoader()和sun.awt.HKSCS.class.getClassLoader()返回null，这是因为Bootstrap ClassLoader是C++实现的核心库，在Java中没有对应类，只能返回null。
sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService.class.getClassLoader()表示这个类位于扩展库中。
Person.class.getClassLoader()表示这个类是开发人员编写的。
Class.class.getClassLoader()和sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader()以及Person.class.getClassLoader().getClass().getClassLoader()返回null，这是因为Class类位于rt包下，由是Bootstrap ClassLoader加载。
Person.class.getClassLoader().getParent()返回Ext ClassLoader，通过getParent()获取它的父ClassLoader。

自定义ClassLoader

package com.example.lib_java;

public class Hello {
    public void say() {
        System.out.println("hello");
    }
}

//自定义ClassLoader
class MyClassLoader extends ClassLoader {

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        File f = new File("class文件全路径", name.replaceAll("\\.", "/").concat(".class"));
        try {
            FileInputStream fis = new FileInputStream(f);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int b = 0;
            while ((b = fis.read()) != 0) {
                baos.write(b);
            }
            byte[] bytes = baos.toByteArray();
            baos.close();
            fis.close();
            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return super.findClass(name);
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
        Class<?> clz = classLoader.loadClass("com.example.lib_java.Hello");
        Hello h = (Hello) clz.newInstance();
        h.say();
        System.out.println(classLoader); 
        System.out.println(classLoader.getClass().getClassLoader()); 
        System.out.println(classLoader.getParent()); 
    }
}

//hello
//com.example.lib_java.MyClassLoader@4554617c
//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2