ClassLoader的工作机制

本文中主要介绍类加载器的工作机制

一：首先什么是类加载器？

　　类加载器就是用来加载java类到java虚拟机中。java源程序经过编译之后形成字节码文件，类加载器将字节码文件加载到内存中，并转换成java.lang.Class的一个实例对象。

　　JVM是基于栈操作的：所有的操作都要经过进栈和出栈操作。基于栈操作的优点：将运行时的优化工作和执行编译时优化的执行引擎相结合，从而起到优化Java字节码的目的。

二：　类加载器的作用：

1. 将编译后的class字节码文件加载到JVM中。会在加载的过程进行审查每个类有哪个类加载器加载？加载哪个类？  实际上是存在一种父级优先的等级结构
2. 将字节码文件重新解析成JVM统一要求的对象格式。

三：类加载器的分类

• 　 BootStrap ClassLoader：加载的过程是由JVM自身决定的，具体如何加载，加载哪个类都是有JVM自身控制的，实际上他并不符合JVM规范，不存在等级结构，没有父加载  器，也没有子加载器。他仅仅是作为一个加载工具存在
• ExtClassLoader：虽然他本身是JVM的一部分，但是加载并不是有JVM自身加载，他服务的特定目标是在System.getProperties("java.ext.dirs")目录下
• APPClassLoader ：是ExtClassLoader类加载器的子类，主要加载位于classpath目录下的类 System.getProperties("java.class.path")

四：JVM加载字节码文件的两种方式

1. 隐式加载：不调用类加载器，将需要的类自动加载到内存中 例如：当前类需要外部类的引用时，就会触发隐式加载
2. 显式加载：调用 this.getClass(),this.getClassLoader(),Class.forName(class)等方式完成的加载就是显式加载

两种加载方式可以混合使用，显式加载自定义的类，如果该类中有其他类的引用，就会触发隐式加载。

五：类加载常见的错误分析

• ClassNotFoundException：显式加载字节码文件时，找不到对应的字节码文件异常，发生这种问题的原因是在对应的classpath下可能没有对应的字节码文件，导致异常的发生；解决方案：到对应的classpath下面检查是否有对应的字节码文件，通过this.getClass().getClassLoader().getResources().toString();获得path的路径
• NotClassDefFoundError：类不存在异常 产生的原因是：new关键字，引用类，继承接口或者类，方法参数用有引用，这些都会导致此种异常的发生。在隐式加载这些类时可能出现类不存在的异常。
• ClassCastException：强制类型转换时出现这个错误　　　

　　在JVM进行类型转换时会进行自动检查

1. 　　普通对象：必须是目标类的实例对象或者子类对象；如果是接口，对象是该接口的子类对象
2. 数组对象：目标类必须是数组类型或者java.lang包下的Object ，Clonable，java.io包下的Serializable

　　解决类型转换异常的方法：显式指明对象类型；通过instanceof判断是否是目标对象类型，然后在进行类型转换。

六：JVM的体系结构以及工作方式

• JVM是通过模拟真实计算机，从而达到一个真实计算机所具有的计算功能的体系结构。以计算机为中心的真实计算机的体系结构
  • 　　指令集：计算机能够识别的机器语言的所有命令集合
  • 计算单元：能够识别并且控制指令执行的功能模块
  • 寄存器：中央处理器的核心组件，用来暂存，指令，地址和数据
  • 存储单元：能够存储计算机操作数和操作结构的单元，例如：内存和磁盘
  • 寻址方式：地址的范围，最小地址和最大地址范围以及地址的运行规则

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

• 　　JVM的体系结构：
  • 　　 执行引擎：相当于CPU，控制指令执行。解析字节码文件，得到解析结果。
  • pc寄存器：每个线程启动的时候都会创建一个pc寄存器。寄存器中保存的是当前执行的JVM指令的地址。保存下一条将要执行的指令地址的寄存器是：pc寄存器。他总是保存着下一条将要执行的指令地址。地址可以是一个本地指针，也可以是方法中相对于方法起始指令的地址。
  • 本地方法栈：保存native方法的区域
  • 堆：保存的是创建的对象实例。所有的类对象都是通过new创建，创建对象后会在栈中创建该对象的引用。
  • 方法区：又叫做静态区：保存的是方法数据，类，静态变量，静态方法，常量和成员方法
  • 运行时常量池：存放的是类和接口的常量，除此之外，还有成员方法和成员变量的引用。JVM运行时就是通过这些引用来找到实际的地址