Java类加载机制详解

张申傲

发布于 2020-09-03 10:29:04

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发布于 2020-09-03 10:29:04

1.概述

Java类加载器负责加载所有的类，系统会为所有被载入内存的类生成一个java.lang.Class实例。对于同一个类，一旦被加载如内存中，就不会被再次加载。JVM使用一个类的权限的类名和该类的加载器唯一地标识一个类。因此即使两个类的包名、类名完全相同，但是使用不同的类加载器加载，这两个类也会被认为是不同的。当程序首次使用某个类时，如果该类还未被加载，则系统会通过以下三个步骤加载该类：

加载：查找和载入Class字节码文件
连接：执行校验、准备和解析三个步骤 2.1校验：检查载入的Class文件的正确性，并和其他类协调一致 2.2准备：为类的静态变量分配内存，并设置默认初始值 2.3解析：将类的符号引用转换成直接引用
初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作

有时，也将上述三个步骤统称为类的加载。

2.类加载器的层次结构

当JVM启动时，会形成由三个类加载器组成的初始化类加载器层次结构：

Bootstrap CLassLoader：根类加载器，也称为引导类加载器，负责加载Java的核心类，如JRE目标下的tr.jar、charsets.jar等。根类加载器并不是ClassLoader的子类，它采用C++编写，在Java程序中无法获得。
Extension ClassLoader：扩展类加载器，它负责加载JRE的扩展目录（%JAVA_HOME%/jre/lib/ext）下的jar包。
Application ClassLoader：应用类加载器，也称为System ClassLoader（系统类加载器），主要负责加载classpath路径下的jar包。

三个类加载器之间存在父子层级关系，即Bootstrap ClassLoader是Extension ClassLoader的父类加载器，Extension ClassLoader是Application ClassLoader的父类加载器。这里类加载器的父子关系一般不会以继承（Inheritance）的关系来实现，而是都使用组合(Composition)关系来复用父加载器的代码。 默认情况下，Java程序使用Application ClassLoader加载一个类。示例程序如下：

public class CLassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) {
        //获取当前线程下的ClassLoader
        ClassLoader current = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        System.out.println("current:" + current);

        //获取父类加载器
        System.out.println("parent:" + current.getParent());
        System.out.println("grandparent:" + current.getParent().getParent());

    }

}

输出结果：

current:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@56e88e24
parent:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@3dcc0a0f
grandparent:null

由此可见，Java程序默认采用Application ClassLoader，Extension ClassLoader为Application ClassLoader的父类加载器。由于Bootstrap CLassLoader由C++编写，在程序中无法获取，所以返回null。

3.类加载机制

JVM采用如下三种类加载机制：

全盘委托：当一个类加载器负责加载某个类时，该类所依赖和引用的其他类也将由该类加载器负责加载，除非显式指定另一个类加载器。
父类委托：加载一个类时，首先会让其父类加载器进行加载，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载。这一机制可以保证类加载的安全性。
缓存机制：JVM会缓存所有已经加载过的类，当程序使用某个类时，会首先在缓存中搜寻该类，只有缓存中不存在时才会加载。这也是为什么修改了一个类后，只有重启JVM才会生效。

为了更好地说明JVM的类加载机制，对ClassLoader的loadClass()方法的源码分析如下：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
                throws ClassNotFoundException
            {
                synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
                    //首先，检查该类是否已经被加载,如果已经加载过，则直接返回该Class(缓存机制)
                    Class c = findLoadedClass(name);

                    if (c == null) {
                        long t0 = System.nanoTime();
                        try {
                            //如果该类未被加载，首先尝试获取父加载器,如果父加载器不为null,则使用父加载器进行加载(父类委托机制)
                            if (parent != null) {
                                c = parent.loadClass(name, false);
                            } else {

                                //如果父加载器为空，说明当前加载器为ExtensionClassLoader 或 BootstrapCLassLoader,则使用根类加载器进行加载
                                c = findBootstrapClassOrNull(name);
                            }
                        } catch (ClassNotFoundException e) {
                            //如果使用根类加载器加载失败，则抛出 ClassNotFoundException
                        }

                        if (c == null) {

                            //如果父加载器未能成功加载，则使用当前的类加载器进行加载
                            long t1 = System.nanoTime();
                            c = findClass(name);

                            sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                            sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                            sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                        }
                    }
                    if (resolve) {
                        resolveClass(c);
                    }
                    return c;
                }
            }

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原始发表：2016-10-16 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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