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類加載機(jī)制的奧妙。
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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)讀入到內(nèi)存中，將其放在運行時數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。類的加載的最終產(chǎn)品是位于堆區(qū)中的Class對象，Class對象封裝了類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且向Java程序員提供了訪問方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。
類加載器并不需要等到某個類被“***主動使用”時再加載它，JVM規(guī)范允許類加載器在預(yù)料某個類將要被使用時就預(yù)先加載它，如果在預(yù)先加載的過程中遇到了.class文件缺失或存在錯誤，類加載器必須在程序***主動使用該類時才報告錯誤（LinkageError錯誤）如果這個類一直沒有被程序主動使用，那么類加載器就不會報告錯誤
加載.class文件的方式
從本地系統(tǒng)中直接加載
通過網(wǎng)絡(luò)下載.class文件
從zip，jar等歸檔文件中加載.class文件
從專有數(shù)據(jù)庫中提取.class文件
將Java源文件動態(tài)編譯為.class文件
2、類的生命周期
其中類加載的過程包括了加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化五個階段。在這五個階段中，加載、驗證、準(zhǔn)備和初始化這四個階段發(fā)生的順序是確定的，而解析階段則不一定，它在某些情況下可以在初始化階段之后開始，這是為了支持Java語言的運行時綁定（也成為動態(tài)綁定或晚期綁定）。
另外注意這里的幾個階段是按順序開始，而不是按順序進(jìn)行或完成，因為這些階段通常都是互相交叉地混合進(jìn)行的，通常在一個階段執(zhí)行的過程中調(diào)用或激活另一個階段。
加載
查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)加載時類加載過程的***個階段，在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：
相對于類加載的其他階段而言，加載階段（準(zhǔn)確地說，是加載階段獲取類的二進(jìn)制字節(jié)流的動作）是可控性***的階段，因為開發(fā)人員既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來完成加載，也可以自定義自己的類加載器來完成加載。
加載階段完成后，虛擬機(jī)外部的二進(jìn)制字節(jié)流就按照虛擬機(jī)所需的格式存儲在方法區(qū)之中，而且在Java堆中也創(chuàng)建一個java.lang.Class類的對象，這樣便可以通過該對象訪問方法區(qū)中的這些數(shù)據(jù)。
連接
驗證：確保被加載的類的正確性
驗證是連接階段的***步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會危害虛擬機(jī)自身的安全。驗證階段大致會完成4個階段的檢驗動作：
驗證階段是非常重要的，但不是必須的，它對程序運行期沒有影響，如果所引用的類經(jīng)過反復(fù)驗證，那么可以考慮采用-Xverifynone參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗證措施，以縮短虛擬機(jī)類加載的時間。
準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值
準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配。對于該階段有以下幾點需要注意：
假設(shè)一個類變量的定義為：public static int value = 3；
那么變量value在準(zhǔn)備階段過后的初始值為0，而不是3，因為這時候尚未開始執(zhí)行任何Java方法，而把value賦值為3的public static指令是在程序編譯后，存放于類構(gòu)造器
這里還需要注意如下幾點：
3、如果類字段的字段屬性表中存在ConstantValue屬性，即同時被final和static修飾，那么在準(zhǔn)備階段變量value就會被初始化為ConstValue屬性所指定的值。
假設(shè)上面的類變量value被定義為： public static final int value = 3；
編譯時Javac將會為value生成ConstantValue屬性，在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)就會根據(jù)ConstantValue的設(shè)置將value賦值為3。我們可以理解為static final常量在編譯期就將其結(jié)果放入了調(diào)用它的類的常量池中
解析：把類中的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用
解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程，解析動作主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調(diào)用點限定符7類符號引用進(jìn)行。符號引用就是一組符號來描述目標(biāo)，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標(biāo)的句柄。
初始化
初始化，為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，JVM負(fù)責(zé)對類進(jìn)行初始化，主要對類變量進(jìn)行初始化。在Java中對類變量進(jìn)行初始值設(shè)定有兩種方式：
JVM初始化步驟
類初始化時機(jī)：只有當(dāng)對類的主動使用的時候才會導(dǎo)致類的初始化，類的主動使用包括以下六種：
結(jié)束生命周期
在如下幾種情況下，Java虛擬機(jī)將結(jié)束生命周期
3、類加載器
尋找類加載器，先來一個小例子
- package com.neo.classloader;
- public class ClassLoaderTest {
- public static void main(String[] args) {
- ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
- System.out.println(loader);
- System.out.println(loader.getParent());
- System.out.println(loader.getParent().getParent());
- }
- }
運行后，輸出結(jié)果：
- sun.misc.Launcher$AppClassLoader@64fef26a
- sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1ddd40f3
- null
從上面的結(jié)果可以看出，并沒有獲取到ExtClassLoader的父Loader，原因是Bootstrap Loader（引導(dǎo)類加載器）是用C語言實現(xiàn)的，找不到一個確定的返回父Loader的方式，于是就返回null。
這幾種類加載器的層次關(guān)系如下圖所示：
注意：這里父類加載器并不是通過繼承關(guān)系來實現(xiàn)的，而是采用組合實現(xiàn)的。
站在Java虛擬機(jī)的角度來講，只存在兩種不同的類加載器：啟動類加載器：它使用C++實現(xiàn)（這里僅限于Hotspot，也就是JDK1.5之后默認(rèn)的虛擬機(jī)，有很多其他的虛擬機(jī)是用Java語言實現(xiàn)的），是虛擬機(jī)自身的一部分；所有其它的類加載器：這些類加載器都由Java語言實現(xiàn)，獨立于虛擬機(jī)之外，并且全部繼承自抽象類java.lang.ClassLoader，這些類加載器需要由啟動類加載器加載到內(nèi)存中之后才能去加載其他的類。
站在Java開發(fā)人員的角度來看，類加載器可以大致劃分為以下三類：
啟動類加載器：Bootstrap ClassLoader，負(fù)責(zé)加載存放在JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安裝目錄，下同)下，或被-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑中的，并且能被虛擬機(jī)識別的類庫（如rt.jar，所有的java.開頭的類均被Bootstrap ClassLoader加載）。啟動類加載器是無法被Java程序直接引用的。
擴(kuò)展類加載器：Extension ClassLoader，該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載JDK\jre\lib\ext目錄中，或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。
應(yīng)用程序類加載器：Application ClassLoader，該類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）所指定的類，開發(fā)者可以直接使用該類加載器，如果應(yīng)用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個就是程序中默認(rèn)的類加載器。
應(yīng)用程序都是由這三種類加載器互相配合進(jìn)行加載的，如果有必要，我們還可以加入自定義的類加載器。因為JVM自帶的ClassLoader只是懂得從本地文件系統(tǒng)加載標(biāo)準(zhǔn)的java class文件，因此如果編寫了自己的ClassLoader，便可以做到如下幾點：
JVM類加載機(jī)制
4、類的加載
類加載有三種方式：
例子：
- package com.neo.classloader;
- public class loaderTest {
- public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
- ClassLoader loader = HelloWorld.class.getClassLoader();
- System.out.println(loader);
- //使用ClassLoader.loadClass()來加載類，不會執(zhí)行初始化塊
- loader.loadClass("Test2");
- //使用Class.forName()來加載類，默認(rèn)會執(zhí)行初始化塊
- //Class.forName("Test2");
- //使用Class.forName()來加載類，并指定ClassLoader，初始化時不執(zhí)行靜態(tài)塊
- //Class.forName("Test2", false, loader);
- }
- }
demo類
- public class Test2 {
- static {
- System.out.println("靜態(tài)初始化塊執(zhí)行了！");
- }
- }
分別切換加載方式，會有不同的輸出結(jié)果。
5、雙親委派模型
雙親委派模型的工作流程是：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把請求委托給父加載器去完成，依次向上，因此，所有的類加載請求最終都應(yīng)該被傳遞到頂層的啟動類加載器中，只有當(dāng)父加載器在它的搜索范圍中沒有找到所需的類時，即無法完成該加載，子加載器才會嘗試自己去加載該類。
雙親委派機(jī)制:
ClassLoader源碼分析：
- public Class loadClass(String name)throws ClassNotFoundException {
- return loadClass(name, false);
- }
- protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)throws ClassNotFoundException {
- // 首先判斷該類型是否已經(jīng)被加載
- Class c = findLoadedClass(name);
- if (c == null) {
- //如果沒有被加載，就委托給父類加載或者委派給啟動類加載器加載
- try {
- if (parent != null) {
- //如果存在父類加載器，就委派給父類加載器加載
- c = parent.loadClass(name, false);
- } else {
- //如果不存在父類加載器，就檢查是否是由啟動類加載器加載的類，通過調(diào)用本地方法native Class findBootstrapClass(String name)
- c = findBootstrapClass0(name);
- }
- } catch (ClassNotFoundException e) {
- // 如果父類加載器和啟動類加載器都不能完成加載任務(wù)，才調(diào)用自身的加載功能
- c = findClass(name);
- }
- }
- if (resolve) {
- resolveClass(c);
- }
- return c;
- }
雙親委派模型意義：
6、自定義類加載器
通常情況下，我們都是直接使用系統(tǒng)類加載器。但是，有的時候，我們也需要自定義類加載器。比如應(yīng)用是通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸 Java類的字節(jié)碼，為保證安全性，這些字節(jié)碼經(jīng)過了加密處理，這時系統(tǒng)類加載器就無法對其進(jìn)行加載，這樣則需要自定義類加載器來實現(xiàn)。
自定義類加載器一般都是繼承自ClassLoader類，從上面對loadClass方法來分析來看，我們只需要重寫 findClass 方法即可。下面我們通過一個示例來演示自定義類加載器的流程：
- package com.neo.classloader;
- import java.io.*;
- public class MyClassLoader extends ClassLoader {
- private String root;
- protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
- byte[] classData = loadClassData(name);
- if (classData == null) {
- throw new ClassNotFoundException();
- } else {
- return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
- }
- }
- private byte[] loadClassData(String className) {
- String fileName = root + File.separatorChar
- + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
- try {
- InputStream ins = new FileInputStream(fileName);
- ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
- int bufferSize = 1024;
- byte[] buffer = new byte[bufferSize];
- int length = 0;
- while ((length = ins.read(buffer)) != -1) {
- baos.write(buffer, 0, length);
- }
- return baos.toByteArray();
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return null;
- }
- public String getRoot() {
- return root;
- }
- public void setRoot(String root) {
- this.root = root;
- }
- public static void main(String[] args) {
- MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader();
- classLoader.setRoot("E:\\temp");
- Class testClass = null;
- try {
- testClass = classLoader.loadClass("com.neo.classloader.Test2");
- Object object = testClass.newInstance();
- System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
- } catch (ClassNotFoundException e) {
- e.printStackTrace();
- } catch (InstantiationException e) {
- e.printStackTrace();
- } catch (IllegalAccessException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
自定義類加載器的核心在于對字節(jié)碼文件的獲取，如果是加密的字節(jié)碼則需要在該類中對文件進(jìn)行解密。由于這里只是演示，我并未對class文件進(jìn)行加密，因此沒有解密的過程。這里有幾點需要注意：
【本文為專欄作者“純潔的微笑”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過微信公眾號聯(lián)系作者獲取授權(quán)】
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