JVM学习笔记——类加载过程

JVM学习笔记——类加载过程

类加载模型——双亲委派模型(Parents Delegation Model)也可称为“溯源委派加载模型”

Java的类加载器是一个运行时核心基础设施模块，主要是启动之初进行类的Load、Link和Init，即加载、链接、初始化。

第一步，Load阶段读取类文件产生二进制流，并转化为特定的数据结构，初步校验cafe babe魔法数、常量池、文件长度、是否有父类等，然后创建对应类的java.lang.Class实例。

第二步，Link阶段包括验证、准备、解析三个步骤。验证是更详细的校验，比如final是否合规、类型是否正确、静态变量是否合理等;准备阶段是为静态变量分配内存，并设定默认值，解析类和方法确保类与类之间的相互引用正确性，完成内存结构布局。

第三步，Init阶段执行类构造器<clinit>方法，如果赋值运算是通过其他类的静态方法来完成的，那么会马上解析另外一个类，在虚拟机栈中执行完毕后通过返回值进行赋值。

类加载是一个将.class字节码文件实例化成Class对象并进行相关初始化的过程。在这个过程中，JVM会初始化继承树上还没有被初始化过的所有父类，并且会执行在这个链路上所有未执行过的静态代码块、静态变量赋值语句等。某些类在使用时，也可以按需由类加载器进行加载。

类加载器类似于原始部落结构，存在权力等级制度。最高的一层是家族中威望最高的Bootstrap，它是在JVM启动时创建的，通常由与操作系统相关的本地代码实现，是最根基的类加载器，负责装载最核心的Java类，比如Object、System、String等;第二层是在JDK9版本中，称为Platform ClassLoader，即平台类加载器，用以加载一些扩展的系统类，比如XML、加密、压缩相关的功能等，JDK9之前的加载器是Extension ClassLoader;第三层是Application ClassLoader的应用类加载器,主要是加载用户定义的CLASSPATH路径下的类。第二、三层类加载器为Java语言实现，用户也可以自定义类加载器。查看本地类加载器的方式如下：

//正在使用的类加载器
ClassLoaer c = TestWhoLoad.class.getClassLoader();

//AppClassLoader 的父加载器是PlatformClassLoader
ClassLoader c1 = c.getParent();

//PlatformClassLoader的父加载器是Bootstrap。它是使用C++来实现的，返回null
ClassLoader c2 = c1.getParent();

AppClassLoader的Parent为Bootstrap，它是通过C/C++实现的，并不存在于JVM体系内，所以输出为null，类加载器具有等级制度，但是并非继承关系，以组合的方式来复用父加载器的功能，这也符合组合优先原则。

低层次的当前类加载器，不能覆盖更高层次类加载器已经加载的类。如果低层次的类加载器想加载一个未知类，要非常礼貌地向上级逐级询问：‘’请问，这个类已经加载了吗？“被询问的高层次类加载器会自问两个问题：第一，我是否已经加载过此类？第二，如果没有，是否可以加载此类？只有当所有高层次类加载器在两个问题上的答案均为“否”时，才可以让当前类加载器加载这个未知类。

什么时候需要自定义类加载器呢？

1）隔离加载类。在某些框架内进行中间件与应用模块隔离，把类加载到不同的环境。比如，阿里内某容器框架通过自定义类加载器确保应用中依赖的jar包不会影响到中间件运行时使用的jar包。

2）修改类加载方式。类的加载模型并非强制，除Bootstrap外，其他的加载并非一定要引入，或者根据实际情况再某个时间点进行按需进行动态加载。

3）扩展加载源。比如数据库、网络，甚至是电视机机顶盒进行加载。

4）防止源码泄露。Java代码容易被编译和篡改，可以进行编译加密。那么类加载器也需要自定义，还原加密的字节码。

实现自定义类加载器的步骤：继承ClassLoader，重写findClass()方法，调用defineClass()方法。一个简单的类加载器实现的示例代码如下：

 public class CustomClassLoader extends ClassLoader {

     @Override
     protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

         try {
             byte[] result = geteClassFromCustomPath(name);
             if (result == null) {
                 throw new FileNotFoundException();
             } else {
                 return defineClass(name, result, 0, result.length);
             }
         } catch (FileNotFoundException e) {
             e.printStackTrace();
         }
         throw new ClassNotFoundException(name);
     }

     private byte[] geteClassFromCustomPath(String name) {
         //从自定义路径中加载指定类

     }

     public static void main(String[] args) {
         CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();
         try {
             Class<?> clazz = Class.forName("One", true, customClassLoader);
             Object obj = clazz.newInstance();
             System.out.println(obj.getClass().getClass().getClassLoader());
         } catch (Exception e) {
             e.printStackTrace();
         }
     }
 }

由于中间件一般都有自己的依赖jar包，在同一个工程内引用多个框架时，往往被迫进行类的仲裁。按某种规则jar包的版本被统一指定，导致某些类存在包路径、类名相同的情况，就会引发类冲突，导致应用程序出现异常。主流的容器类框架都会自定义类加载器，实现不同中间件之间的类隔离，有效避免了类冲突。

参考——《码出高效》 第四章走进JVM