【JAVA】聊聊类加载过程

前言

Java 通过引入字节码和 JVM 机制，提供了强大的跨平台能力，理解 Java 的类加载机制是深入 Java 开发的必要条件。

本篇博文的重点是，请介绍类加载过程，什么是双亲委派模型？

概述

一般来说，我们把 Java 的类加载过程分为三个主要步骤：加载、链接、初始化，具体行为在 Java 虚拟机规范里有非常详细的定义。

首先是加载阶段（Loading），它是 Java 将字节码数据从不同的数据源读取到 JVM 中，并映射为 JVM 认可的数据结构（Class 对象），这里的数据源可能是各种各样的形态，如 jar 文件、class 文件，甚至是网络数据源等；如果输入数据不是 ClassFile 的结构，则会抛出 ClassFormatError。

加载阶段是用户参与的阶段，我们可以自定义类加载器，去实现自己的类加载过程。

第二阶段是链接（Linking），这是核心的步骤，简单说是把原始的类定义信息平滑地转化入 JVM 运行的过程中。这里可进一步细分为三个步骤：

• 验证（Verification），这是虚拟机安全的重要保障，JVM 需要核验字节信息是符合 Java 虚拟机规范的，否则就被认为是 VerifyError，这样就防止了恶意信息或者不合规的信息危害 JVM 的运行，验证阶段有可能触发更多 class 的加载。
• 准备（Preparation），创建类或接口中的静态变量，并初始化静态变量的初始值。但这里的“初始化”和下面的显式初始化阶段是有区别的，侧重点在于分配所需要的内存空间，不会去执行更进一步的 JVM 指令。
• 解析（Resolution），在这一步会将常量池中的符号引用（symbolic reference）替换为直接引用。在 Java 虚拟机规范中，详细介绍了类、接口、方法和字段等各个方面的解析。

最后是初始化阶段（initialization），这一步真正去执行类初始化的代码逻辑，包括静态字段赋值的动作，以及执行类定义中的静态初始化块内的逻辑，编译器在编译阶段就会把这部分逻辑整理好，父类型的初始化逻辑优先于当前类型的逻辑。

再来谈谈双亲委派模型，简单说就是当类加载器（Class-Loader）试图加载某个类型的时候，除非父加载器找不到相应类型，否则尽量将这个任务代理给当前加载器的父加载器去做。使用委派模型的目的是避免重复加载 Java 类型。  

正文

首先，从架构角度，一起来看看 Java 8 以前各种类加载器的结构，下面是三种 Oracle JDK 内建的类加载器。

• 启动类加载器（Bootstrap Class-Loader），加载 jre/lib 下面的 jar 文件，如 rt.jar。它是个超级公民，即使是在开启了 Security Manager 的时候，JDK 仍赋予了它加载的程序 AllPermission。

对于做底层开发的工程师，有的时候可能不得不去试图修改 JDK 的基础代码，也就是通常意义上的核心类库，我们可以使用下面的命令行参数。

# 指定新的bootclasspath，替换java.*包的内部实现
java -Xbootclasspath:<your_boot_classpath> your_App
 
# a意味着append，将指定目录添加到bootclasspath后面
java -Xbootclasspath/a:<your_dir> your_App
 
# p意味着prepend，将指定目录添加到bootclasspath前面
java -Xbootclasspath/p:<your_dir> your_App

用法其实很易懂，例如，使用最常见的 “/p”，既然是前置，就有机会替换个别基础类的实现。

我们一般可以使用下面方法获取父加载器，但是在通常的 JDK/JRE 实现中，扩展类加载器 getParent() 都只能返回 null。

public final ClassLoader getParent()

扩展类加载器（Extension or Ext Class-Loader），负责加载我们放到 jre/lib/ext/ 目录下面的 jar 包，这就是所谓的 extension 机制。该目录也可以通过设置 “java.ext.dirs” 来覆盖。

java -Djava.ext.dirs=your_ext_dir HelloWorld

应用类加载器（Application or App Class-Loader），就是加载我们最熟悉的 classpath 的内容。这里有一个容易混淆的概念，系统（System）类加载器，通常来说，其默认就是 JDK 内建的应用类加载器，但是它同样是可能修改的，比如：

java -Djava.system.class.loader=com.yourcorp.YourClassLoader HelloWorld

如果我们指定了这个参数，JDK 内建的应用类加载器就会成为定制加载器的父亲，这种方式通常用在类似需要改变双亲委派模式的场景。

image.png

至于前面被问到的双亲委派模型，参考这个结构图更容易理解。试想，如果不同类加载器都自己加载需要的某个类型，那么就会出现多次重复加载，完全是种浪费。

通常类加载机制有三个基本特征：

• 双亲委派模型。但不是所有类加载都遵守这个模型，有的时候，启动类加载器所加载的类型，是可能要加载用户代码的，比如 JDK 内部的 ServiceProvider/ServiceLoader机制，用户可以在标准 API 框架上，提供自己的实现，JDK 也需要提供些默认的参考实现。 例如，Java 中 JNDI、JDBC、文件系统、Cipher 等很多方面，都是利用的这种机制，这种情况就不会用双亲委派模型去加载，而是利用所谓的上下文加载器。
• 可见性，子类加载器可以访问父加载器加载的类型，但是反过来是不允许的，不然，因为缺少必要的隔离，我们就没有办法利用类加载器去实现容器的逻辑。
• 单一性，由于父加载器的类型对于子加载器是可见的，所以父加载器中加载过的类型，就不会在子加载器中重复加载。但是注意，类加载器“邻居”间，同一类型仍然可以被加载多次，因为互相并不可见。  

后记

以上就是 【JAVA】聊聊类加载过程 的所有内容了;

梳理了一下类加载的过程，进行了相对全面的总结，希望对你有所帮助。