JVM类加载器详解-蒲公英云

前言

在上一篇中，通过下面这幅图大致了JVM整体的内部运行结构图，在JVM的结构中，类加载子系统作为连接外部class文件与真正将class文件加载到运行时数据区，承担着重要的作用
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类加载器是什么？有什么作用？

读取字节码文件，以二进制流的形式读取
解析字节码二进制流的静态数据，转换为运行时JVM方法区的数据
生成类的java.lang.class对象，放入堆中，作为方法区的访问入口
在加载某个类的过程中，如果存在继承父类的情况，会同时触发父类加载

通俗来讲就是，类加载器确保加载到JVM内存中的字节码信息符合JVM运行时的规范，以便正确的执行class中的信息

下面是一副类加载器加载字节码的简易流程图过程，下面将结合这张图，通俗的对类加载器的执行过程做简单的说明

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1、加载阶段(loading)

以某个具体的Class文件加载为例，当程序需要XXX.Class文件时，类加载器将该类的字节码文件读取之后加载到运行时数据区，具体加载到哪里去呢？很明显，首先会去堆中查找一下当前class的实例是否已存在？如果存在了，就直接从堆区取出来加载到方法区即可，否则执行上一个图的加载过程，在反射的使用中，经常看到 XXX.getClass()获取Class的信息就是这个道理
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说到这，顺便总结下，Class的实例什么时候创建呢？主要包括下面几种：

使用new 关键字
反射Class.forName(“类的全限定名”)
子类加载时同时加载父类
JVM启动时，包含main方法的主类

2、链接(linking)

该阶段主要做的事情包括：

验证：确保字节码符合虚拟机的规范要求
准备：为字段赋予初始值
解析：符号引用转为直接引用

验证：
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准备：

为类中相关的字段赋予初始值，比如像下面这样的，为类的静态变量赋予初始值

public class A {
private static int XXX =10;
}

解析:

将字节码中的静态字面关联转换为JVM内存中动态指针关联，举例来说，当A类extendsB类的时候，从语义上分析来说，表现出下面这样
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即类加载器加载class时候读取到的A类和B类之间的关系可以理解为使用字面量的表达，但是JVM并不认识啊，在JVM中，需要使用一种新的形式去描述它们之间的关系，即动态指针的关联

而具体解析字节码中的信息包括下面几种：

类解析
字段解析
方法解析
接口解析

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3、初始化Initialization

初始化阶段要做的事情主要是：执行类的构造方法()的过程

clint完成类的初始化工作，该方法不需要显式声明，由Java编译器自动生成，这里和上面的，加载/验证/准备/解析有所不同的是，上面几个阶段是由虚拟机主导的，与代码无关，

而初始化则是通过代码生成clint来完成类的初始化过程

初始化过程总结：

初始化阶段对类(静态变量)赋值与执行static代码块
子类初始化过程会优先执行父类初始化clint
没有类变量及static代码块就不会产生初始化的clint
使用TraceClassLoading可以查看类的加载过程
clint方法会默认增加同步锁，确保clint的初始化只进行一次

类加载器

上面简单聊了一下JVM类加载器加载时的几个重要的执行步骤，既然说到类加载器，不得不谈谈在JVM中，类加载具体有哪些呢？

按照层次划分，类加载器大概可以分为下面几种：

启动类加载器 BootstrapClassLoader
扩展类加载器 ExtentionClassLoader
应用程序类加载器 AppClassLoader

它们之间的关系可以用下图表示：
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其中，启动类加载器，扩展类加载器，应用程序类加载器属于JVM自身的加载器，而自定义加载器在使用中更加灵活，不仅可以加载自定义目录中的class，还能加载来自网络输入的二进制流，需要说明的是，它们之间并非是自上而下的继承关系，仅为上下级

启动类加载器：

使用C语言开发
用于加载Java核心类库
比如 : JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar …
${sun.boot.class.path}路径下的jar
基于沙箱机制，只加载java，javax，sun包开头的类

扩展类加载器：

Java语言编写
上级加载器为启动类加载器
加载${JAVA_HOME}/jre/lib/ext扩展目录下的类库，如果你开发的Jar，放入该目录，也会被扩展类加载器加载

应用程序类加载器（AppClassLoader ）

Java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现
应用程序类加载器是默认的加载器，绝大多数类都是由它加载
上级加载器为扩展类加载器
它负责加载classpath下的应用程序(三方)类库

下面来简单看一段具体的实例代码

public class TestClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        //自定义的类，默认使用应用类加载器
        ClassLoader classLoader = TestClassLoader.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        //扩展类加载器
        ClassLoader extClassLoader = SunEC.class.getClassLoader();
        System.out.println(extClassLoader);
        //启动类加载器，由于启动类加载器是由C语言编写的，不能被JVM管理，所以返回null
        ClassLoader bootstrapClassLoader = Object.class.getClassLoader();
        System.out.println(bootstrapClassLoader);
    }
}