深入理解和探究Java類(lèi)加載機(jī)制----

1.java.lang.ClassLoader類(lèi)介紹

java.lang.ClassLoader類(lèi)的基本職責(zé)就是根據(jù)一個(gè)指定的類(lèi)的名稱，找到或者生成其對(duì)應(yīng)的字節(jié)代碼，然后從這些字節(jié)代碼中定義出一個(gè)Java 類(lèi)，即 java.lang.Class類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。

ClassLoader提供了一系列的方法，比較重要的方法如：

2.JVM中類(lèi)加載器的樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)

Java 中的類(lèi)加載器大致可以分成兩類(lèi)，一類(lèi)是系統(tǒng)提供的，另外一類(lèi)則是由 Java 應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員編寫(xiě)的。 

引導(dǎo)類(lèi)加載器（bootstrap class loader）：

它用來(lái)加載 Java 的核心庫(kù)(jre/lib/rt.jar)，是用原生C++代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并不繼承自java.lang.ClassLoader。

加載擴(kuò)展類(lèi)和應(yīng)用程序類(lèi)加載器，并指定他們的父類(lèi)加載器，在java中獲取不到。 

擴(kuò)展類(lèi)加載器（extensions class loader）：

它用來(lái)加載 Java 的擴(kuò)展庫(kù)(jre/ext/*.jar)。Java 虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)會(huì)提供一個(gè)擴(kuò)展庫(kù)目錄。該類(lèi)加載器在此目錄里面查找并加載 Java 類(lèi)。 

系統(tǒng)類(lèi)加載器（system class loader）：

它根據(jù) Java 應(yīng)用的類(lèi)路徑（CLASSPATH）來(lái)加載 Java 類(lèi)。一般來(lái)說(shuō)，Java 應(yīng)用的類(lèi)都是由它來(lái)完成加載的?？梢酝ㄟ^(guò) ClassLoader.getSystemClassLoader()來(lái)獲取它。

自定義類(lèi)加載器（custom class loader）：

除了系統(tǒng)提供的類(lèi)加載器以外，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)繼承 java.lang.ClassLoader類(lèi)的方式實(shí)現(xiàn)自己的類(lèi)加載器，以滿足一些特殊的需求。

以下測(cè)試代碼可以證明此層次結(jié)構(gòu)：

public class testClassLoader {
    @Test
    public void test(){
        //application class loader
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        //extensions class loader
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
        //bootstrap class loader
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

輸出為：

可以看出ClassLoader類(lèi)是由AppClassLoader加載的。他的父親是ExtClassLoader，ExtClassLoader的父親無(wú)法獲取是因?yàn)樗怯肅++實(shí)現(xiàn)的。

3.雙親委派機(jī)制

　　某個(gè)特定的類(lèi)加載器在接到加載類(lèi)的請(qǐng)求時(shí)，首先將加載任務(wù)委托交給父類(lèi)加載器，父類(lèi)加載器又將加載任務(wù)向上委托，直到最父類(lèi)加載器，如果最父類(lèi)加載器可以完成類(lèi)加載任務(wù)，就成功返回，如果不行就向下傳遞委托任務(wù)，由其子類(lèi)加載器進(jìn)行加載。

雙親委派機(jī)制的好處：

　　保證java核心庫(kù)的安全性（例如：如果用戶自己寫(xiě)了一個(gè)java.lang.String類(lèi)就會(huì)因?yàn)殡p親委派機(jī)制不能被加載，不會(huì)破壞原生的String類(lèi)的加載）

代理模式

　　與雙親委派機(jī)制相反，代理模式是先自己嘗試加載，如果無(wú)法加載則向上傳遞。tomcat就是代理模式。

4.自定義類(lèi)加載器

public class MyClassLoader extends ClassLoader{

    private String rootPath;
    
    public MyClassLoader(String rootPath){
        this.rootPath = rootPath;
    }
    
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        //check if the class have been loaded
        Class<?> c = findLoadedClass(name);        
        if(c!=null){
            return c;
        }
        //load the class
        byte[] classData = getClassData(name);
        if(classData==null){
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        else{
            c = defineClass(name,classData, 0, classData.length);
            return c;
        }    
    }
    
    private byte[] getClassData(String className){
        String path = rootPath+"/"+className.replace('.', '/')+".class";
        
        InputStream is = null;
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        try {
            is = new FileInputStream(path);
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int temp = 0;
            while((temp = is.read(buffer))!=-1){
                bos.write(buffer,0,temp);
            }
            return bos.toByteArray();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            try {
                is.close();
                bos.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }            
        }
        
        return null;        
    }    

}

測(cè)試自定義的類(lèi)加載器

創(chuàng)建一個(gè)測(cè)試類(lèi)HelloWorld

package testOthers;

public class HelloWorld {

}

在D盤(pán)根目錄創(chuàng)建一個(gè)testOthers文件夾，編譯HelloWorld.java，將得到的class文件放到testOthers文件夾下。

利用如下代碼進(jìn)行測(cè)試

public class testMyClassLoader {
    @Test
    public void test() throws Exception{
        MyClassLoader loader = new MyClassLoader("D:");
        Class<?> c = loader.loadClass("testOthers.HelloWorld");
        System.out.println(c.getClassLoader());
    }
}

輸出：

說(shuō)明HelloWorld類(lèi)是被我們的自定義類(lèi)加載器MyClassLoader加載的

5.類(lèi)加載過(guò)程詳解

JVM將類(lèi)加載過(guò)程分為三個(gè)步驟：裝載（Load），鏈接（Link）和初始化(Initialize)

1) 裝載：

　　查找并加載類(lèi)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；

2)鏈接：

　　驗(yàn)證：確保被加載類(lèi)信息符合JVM規(guī)范、沒(méi)有安全方面的問(wèn)題。

　　準(zhǔn)備：為類(lèi)的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值。

　　解析：把虛擬機(jī)常量池中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用。

3)初始化：

　　為類(lèi)的靜態(tài)變量賦予正確的初始值。

ps:解析部分需要說(shuō)明一下，Java 中，虛擬機(jī)會(huì)為每個(gè)加載的類(lèi)維護(hù)一個(gè)常量池【不同于字符串常量池，這個(gè)常量池只是該類(lèi)的字面值（例如類(lèi)名、方法名）和符號(hào)引用的有序集合。 而字符串常量池，是整個(gè)JVM共享的】這些符號(hào)（如int a = 5;中的a）就是符號(hào)引用，而解析過(guò)程就是把它轉(zhuǎn)換成指向堆中的對(duì)象地址的相對(duì)地址。

類(lèi)的初始化步驟：

1）如果這個(gè)類(lèi)還沒(méi)有被加載和鏈接，那先進(jìn)行加載和鏈接

2）假如這個(gè)類(lèi)存在直接父類(lèi)，并且這個(gè)類(lèi)還沒(méi)有被初始化（注意：在一個(gè)類(lèi)加載器中，類(lèi)只能初始化一次），那就初始化直接的父類(lèi)（不適用于接口）

3）如果類(lèi)中存在static標(biāo)識(shí)的塊，那就依次執(zhí)行這些初始化語(yǔ)句。