前言一、类加载运行的全过程二、类加载器和双亲委派机制
1.类加载器2.双亲委派机制 总结
前言 本篇文章记录有关JVM类加载机制包括大体流程和类加载器及双亲委派机制等。
一、类加载运行的全过程
在说类加载运行之前我们先简单的看个图了解一下JVM包括哪些内容。
当我们用Java命令运行某个类的main函数启动程序时，首先需要通过类加载器把主类加载到JVM。
图中通过调用loadClass的类加载过程有如下5步： 加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化
加载：在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口 。值得注意的是这里不一定非得要从一个 Class 文件获取，这里既可以从 ZIP 包中读取（比如从 jar 包和 war 包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将 JSP 文件转换成对应的 Class 类）。
验证：校验字节码文件的正确性 ，确保 Class 文件的字节流中包含的信息是否符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值 。
代码如下（示例1）：
public static int v = 8080;
实际上变量 v 在准备阶段过后的初始值为 0 而不是 8080；存放于类构造器方法之中，在初始化之后才是8080.
代码如下（示例2）：
public static final int v = 8080;
此处的变量v的值就是8080，因为在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性，在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 8080。
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。
符号引用：符号引用与虚拟机实现的布局无关，引用的目标并不一定要已经加载到内存中。
直接引用：直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有
了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。
初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块。
注意：主类在运行过程中如果使用到其它类，会逐步加载这些类。 jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。
代码如下（示例）：
package com.daydayup.jvm;
public class TestDynamicLoad {
static {
System.out.println("*************load TestDynamicLoad************");
}
public static void main(String[] args) {
new A();
System.out.println("*************load test************");
B b = null; //B不会加载，除非这里执行 new B()
}
}
class A {
static {
System.out.println("*************load A************");
}
public A() {
System.out.println("*************initial A************");
}
}
class B {
static {
System.out.println("*************load B************");
}
public B() {
System.out.println("*************initial B************");
}
}
运行结果：
*************load TestDynamicLoad************
*************load A************
*************initial A************
*************load test************
二、类加载器和双亲委派机制
1.类加载器
上面的类加载过程主要是通过类加载器实现的，Java里有如下类型的加载器。
启动类/引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）:负责加载 JAVA_HOMElib 目录中的，或通过-Xbootclasspath 参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如 rt.jar）的类。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）： 负责加载 JAVA_HOMElibext 目录中的，或通过 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库。
应用程序类加载器（Application ClassLoader）:负责加载用户路径（classpath）上的类库，也就是自己写的那些类。
自定义加载器（User ClassLoader）：负责加载用户自定义路径下的类包。
类加载器（示例）：
package com.daydayup.jvm;
import sun.misc.Launcher;
import java.net.URL;
public class TestClassLoader {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(String.class.getClassLoader());
System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());
System.out.println(TestClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());
System.out.println();
ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);
System.out.println();
System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");
URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i]);
}
System.out.println();
System.out.println("extClassloader加载以下文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
System.out.println();
System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
}
}
运行结果：
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4b67cf4d
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
bootstrapLoader加载以下文件：
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/lib/resources.jar
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/lib/rt.jar
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/lib/jce.jar
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_211/jre/classes
extClassloader加载以下文件：
D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibext;C:WindowsSunJavalibext
appClassLoader加载以下文件：
D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibcharsets.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibdeploy.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextaccess-bridge-64.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextcldrdata.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextdnsns.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextjaccess.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextjfxrt.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextlocaledata.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextnashorn.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextsunec.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextsunjce_provider.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextsunmscapi.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextsunpkcs11.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibextzipfs.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibjavaws.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibjce.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibjfr.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibjfxswt.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibjsse.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibmanagement-agent.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibplugin.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibresources.jar;D:Program FilesJavajdk1.8.0_211jrelibrt.jar;D:WorkSpacetargetclasses;D:Program FilesJetBrainsIntelliJ IDEA 2019.3libidea_rt.jar
2.双亲委派机制
当一个类收到了类加载请求，他首先不会尝试自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类去完成，每一个层次类加载器都是如此，因此所有的加载请求都应该传送到启动类加载其中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个请求的时候（在它的加载路径下没有找到所需加载的Class），子类加载器才会尝试自己去加载。
我们来看下应用程序类加载器AppClassLoader加载类的双亲委派机制源码，AppClassLoader
的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法，该方法的大体逻辑如下：
- 首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接返回。如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加载器加载（即调用parent.loadClass(name, false);）.或者是调用bootstrap类加载器来加载。如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。
loadClass源码（示例）：
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
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
为什么要设计双亲委派机制？
沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改。
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，保证被加载类的唯一性
代码如下（示例）：
package java.lang;
public class String {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("---------test---------");
}
}
运行结果：
错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:
public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application
全盘负责委托机制
“全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入。
自定义类加载器示例：
自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法，一个是
loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空
方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。
代码如下（示例）：
package com.daydayup.jvm;
import java.io.FileInputStream;
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
+ ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
}
}
打破双亲委派机制
再来一个沙箱安全机制示例，尝试打破双亲委派机制，用自定义类加载器加载我们自己实现的java.lang.String.class
代码如下（示例）：
package com.daydayup.jvm;
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
+ ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
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) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/test");
//尝试用自己改写类加载机制去加载自己写的java.lang.String.class
Class clazz = classLoader.loadClass("java.lang.String");
Object obj = clazz.newInstance();
Method method= clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
总结
以上就是今天要分享总结的内容，本文介绍了jvm的类加载机制，从类加载的运行过程到类加载器的介绍再到双亲委派机制到双亲委派机制的优点及如何打破双亲委派机制等问题。其中每个概念的提出都伴随着一定的代码示意，避免看起来枯燥无味。
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
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