Java-JVM 类加载机制

类的生命周期中的第一步，就是要被 JVM 加载进内存，类加载器就是来干这件事。

一、类加载器种类

系统提供了 3 种类加载器：

1.启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）
由 C 和 C++ 编写，是在 JVM 启动后初始化的。可在这里查看到源码（OpenJDK）：http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/jdk/file/933f6b06c1cb/src/share/native/java/lang/ClassLoader.c
负责将存放在 <JAVA_HOME>\jre\lib 目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如 rt.jar，名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。

2.扩展类加载器（Extension ClassLoader）
由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现，负责加载 <JAVA_HOME>\jre\lib\ext 目录中的所有类库，以及系统变量 java.ext.dirs 指定路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

3.应用程序类加载器（Application ClassLoader）
由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现，可以通过 ClassLoader 类中的 getSystemClassLoader() 方法的获得，所以一般也称它为“系统类加载器”。
它负责加载用户类路径（classpath：CLASSPATH 环境变量指定的, 由 -classpath 或 -cp 选项定义的，或者是 jar 中的 Manifest 的 classpath 属性定义的）上所指定的类库，以及系统变量 java.class.path 指定路径中的所有类库。
开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器（父子关系一般不会以继承的关系实现，而是以组合关系来复用父加载器的代码），结构如图：

getParent() 可获得父加载器

public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        // 默认由 AppClassLoader 加载类
        System.out.println(classLoader);
        // ExtClassLoader
        System.out.println(classLoader.getParent());
        // Bootstrap ClassLoader，由 JVM 启动
        System.out.println(classLoader.getParent().getParent());
    }
}

除系统提供的加载器外，还可以自己定义类加载器。（继承 java.lang.ClassLoader 类实现）

二、类加载器工作方式（加载机制）

2.1.委托机制（委派模型 或 父委派模型）

委派模型是描述类加载器之间的层次关系。

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此。

因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（找不到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

在 java.lang.ClassLoader 中的 loadClass() 方法中实现该了过程。

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    return loadClass(name, false);
}
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 首先，检查是否已加载该类
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false); // 父类加载器不是启动类加载器，委托给父类加载器加载
                } else {
                    c = findBootstrapClassOrNull(name); // 父类加载器是启动类加载，委托给启动类加载器加载，启动类加载器没有父类加载器。
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // 如果从非 null 的父类加载器中找不到该类，则抛出 ClassNotFoundException
            }

            if (c == null) {
                long t1 = System.nanoTime();
                // 如果仍未找到，则调用 findClass 查找该类
                c = findClass(name);

                // 这是定义的类加载器; 记录统计数据
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            // 解析类，属于类加载的 link 阶段
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

/**
 * ClassLoader 的子类建议重写 findClass 方法，而不是 loadClass
 */
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

自己写的 java.lang.String 类，是否可以替换 JDK 自带的类？

答案是不行的。但这非委托机制解决的，因为委托机制是可以被打破的，完全可以写一个 classLoader 来加载自己写的 java.lang.String 类。

但是你会发现也加载不成功，因为 JVM 的实现中已经保证了 java.* 开头的类必须由 bootstrp 来加载。

 

2.2.可见性机制

子类加载器可以看到父类加载器加载的类，而反之则不行。当 Abc.class 已经被 Application 类加载器加载过了，然后想要使用 Extension 类加载器加载这个类，将会抛出 java.lang.ClassNotFoundException 异常。

2.3.单一性机制

根据委托机制，父加载器加载过的类不能被子加载器加载第二次。虽然重写 loadClass() 的类加载器可以做到不遵守委托机制和单一性机制，但这样做并不可取。

判断类是否“相等”

任意一个类，都由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在 Java 虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都有一个独立的类名称空间。

因此，比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个 Class 文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那么这两个类就必定不相等。

这里的“相等”，包括代表类的 Class 对象的 equals() 方法、isInstance() 方法的返回结果，也包括使用 instanceof 关键字做对象所属关系判定等情况。

关于破坏委派模型

java 引入了线程上下文类加载器（Thread Context ClassLoader），这个类加载器可以通过 Thread 类的 setContextClassLoader 进行设置，默认继承父线程类加载器，也可由父类加载器请求子类加载器完成类加载动作。

https://www.jianshu.com/p/09f73af48a98

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https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/ClassLoader.html

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/ext/basics/load.html

https://blog.csdn.net/lengxiao1993/article/details/86689331

https://github.com/doocs/jvm/blob/master/docs/10-class-loader.md