【003】十分钟搞懂Java类加载

    1. 一个 Java 文件从编码完成到最终执行，一般主要包括两个过程

• 编译

• 运行

    编译，即把我们写好的 java 文件，通过 javac 命令编译成字节码，也就是我们常说的.class 文件。

    运行，则是把编译声称的.class 文件交给 Java 虚拟机 (JVM) 执行。

    2.我们所说的类加载过程即是指 JVM 虚拟机把.class 文件中类信息加载进内存，并进行解析生成对应的 class 对象的过程。

    3.举个通俗点的例子来说，JVM 在执行某段代码时，遇到了 class A， 然而此时内存中并没有 class A 的相关信息，于是 JVM 就会到相应的 class 文件中去寻找 class A 的类信息，并加载进内存中，这就是我们所说的类加载过程。

    1.加载器种类

• 启动（Bootstrap）类加载器：引导类加载器是用 本地代码实现的类加载器，它负责将 <JAVA_HOME>/lib 下面的核心类库 或 -Xbootclasspath 选项指定的 jar 包等 虚拟机识别的类库 加载到内存中。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以 不允许直接通过引用进行操作。

• 扩展（Extension）类加载器：扩展类加载器是ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的，它负责将 <JAVA_HOME>/lib/ext 或者由系统变量 - Djava.ext.dir 指定位置中的类库 加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器。

• 系统（System）类加载器：系统类加载器是由 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的，它负责将 用户类路径 (java -classpath 或 - Djava.class.path 变量所指的目录，即当前类所在路径及其引用的第三方类库的路径。开发者可以直接使用系统类加载器。

    2.类加载器之间的关系   

    扩展类加载器和系统类加载器均是继承自 java.lang.ClassLoader 抽象类。

    上面图片给人的直观印象是：系统类加载器的父类加载器是标准扩展类加载器，标准扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器。

    事实上，由于启动类加载器无法被 Java 程序直接引用，因此 JVM 默认直接使用 null 代表启动类加载器。

所以综合一下：

    3.1．系统类加载器（AppClassLoader）调用 ClassLoader (ClassLoader parent) 构造函数将父类加载器设置为标准扩展类加载器 (ExtClassLoader)。（因为如果不强制设置，默认会通过调用 getSystemClassLoader () 方法获取并设置成系统类加载器。）

    3.2．扩展类加载器（ExtClassLoader）调用 ClassLoader (ClassLoader parent) 构造函数将父类加载器设置为 null（null 本身就代表着引导类加载器）。（因为如果不强制设置，默认会通过调用 getSystemClassLoader () 方法获取并设置成系统类加载器，。）

    1.概念

    当一个类加载器接收到一个类加载的任务时，不会立即展开加载，而是将加载任务委托给它的父类加载器去执行，每一层的类都采用相同的方式，直至委托给最顶层的启动类加载器为止。如果父类加载器无法加载委托给它的类（它的搜索范围中没有找到所需要加载的类），便将类的加载任务退回给下一级类加载器去执行加载。

    简而言之：自底向上检查是否被加载，自顶向下尝试加载类。

    2.优势

    能够有效确保一个类的全局唯一性，当程序中出现多个限定名相同的类时，类加载器在执行加载时，始终只会加载其中的某一个类。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。

    3.实现

   实现双亲委托的代码都集中在java.lang.ClassLoader的 loadClass() 方法中，逻辑清晰易懂：先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass方法进行加载。

    4. 自定义加载器的意义

•  java 代码很容易被反编译，如果需要对自己的代码加密的话，可以对编译后的代码进行加密，然后再通过实现自己的自定义类加载器进行解密，最后再加载。

• 可能从非标准的来源加载代码，比如从网络来源，那就需要自己实现一个类加载器，从指定源进行加载。
  

类加载的过程主要分为三个部分：

• 加载

• 链接

• 初始化

    而链接又可以细分为三个小部分：

• 验证

•  准备

•  解析

    1.加载

    简单来说，加载指的是把 class 字节码文件从各个来源通过类加载器装载入内存中。

    2.1 链接之验证

    主要是为了保证加载进来的字节流符合虚拟机规范，不会造成安全错误。

• 对于文件格式的验证

• 对于元数据的验证

• 对于字节码的验证

• 对于符号引用的验证

    2.2 链接之准备

    主要是为类变量（注意，不是实例变量）分配内存，并且赋予初值。

    类变量是static修饰的成员变量，也就是静态变量，实例变量是非static修饰的成员变量。（静态变量、常量是存储在方法区的）。

    特别需要注意，初值，不是代码中具体写的初始化的值，而是 Java 虚拟机根据不同变量类型的默认初始值。比如 8 种基本类型的初值，默认为 0；引用类型的初值则为 null；常量的初值即为代码中设置的值。

    2.3 链接之解析

    将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

•     符号引用。即一个字符串，但是这个字符串给出了一些能够唯一性识别一个方法，一个变量，一个类的相关信息。

•     直接引用。可以理解为一个内存地址，或者一个偏移量。

    举个例子来说，现在调用方法 hello ()，这个方法的地址是 1234567，那么 hello 就是符号引用，1234567 就是直接引用。

    3. 初始化

    调用的是＜clinit＞（）方法

    这个阶段主要是对类变量初始化，是执行类构造器的过程。换句话说，对 static 修饰的变量或语句进行初始化。

    如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。

    如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行。

    PS：关于初始化详细代码示例会单独下一个专题