JVM知识（二）：类加载器原理

　　　　我们知道我们编写的java代码，会经过编译器编译成字节码（class文件），再把字节码文件装载到JVM中，最后映射到各个内存区域中，我们的程序就可以在内存中运行了。那么问题来了，这些字节码文件是怎么装载到JVM中去的呢。中间经过了哪些步骤？我们常说的双亲派模式又是怎么回事？本文就来说说这些问题。

类加载器的流程

1、加载

　　　加载是类加载的第一步。它首先通过class文件的路径读取到二进制流，并解析二进制流将里面的元数据（类型、常量等）载入到方法区（方法区上文说了就是存放这些元数据的），在java堆中生成对应的java.lang.Class对象（java堆存放实例对象）。

2、连接

　　连接过程分为3步：验证、准备、解析

　　2.1、验证

　　　　　　验证的主要目的就是判断class文件的合法性，比如class文件一定是以0xCAFEBABE开头的。另外对版本号也会做校验，例如使用jdk1.8编译后的class文件要在jdk1.6虚拟机上运行，因为版本问题就会验证不通过。除此之外还会对元数据、字节码进行验证等等。

　　2.2、准备

　　　　准备过程就是分配内存，给类的一些字段设置初始值，例如：

　　　　public static int a = 1;

　　　　这段这段代码在准备阶段a的值就会被初始化为0，只有在后面类初始化阶段才会被设置为1.

　　　　但是对于static final（常量）,在准备阶段就会被设置成指定的值，例如：

　　　　public static final int a=1;

　　　　 这段代码在准备阶段a的值就是1了。

　　2.3、解析

　　　　解析过程就是将符号引用替换为直接引用，例如某个类基础java.lang.object，原来的符号引用记录的是"java.lang.object"这个符号，凭借这个符号并不能找到java.lang.object这个对象在哪里，而直接引用就是要找到java.lang.object所在的内存地址，建立直接引用关系，这样就方便查询到具体对象了。

3、初始化

　　

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。

初始化过程，主要包括执行类构造方法、static变了赋值语句，static{}语句块，需要注意的是如果一个子类进行初始化，那么它会先初始化其父类，保证父类在子类之前被初始化。所以其实在java中初始化一个类，那么必然会先初始化java.lang.object，因为所有的java类都继承java.lang.object。换句话说，java.lang.object类是java所有类的父类。

类加载器

　　类加载器ClassLoader，它是一个抽象类，ClassLoader的具体实例负责把java字节码读取到JVM当中，ClassLoader还可以定制以满足不同字节流的加载方式。ClassLoader负责整个类装载流程中的“加载”阶段。

　　ClassLoader的重要方法：

　　public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException ：载入并返回一个类

　　protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len)：定义一个类，该方法不公开被调用

　　protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException：查找类，loadClass的回调方法

　　protected final Class<?> findLoadedClass(String name)：查找已经加载的类

　　系统中的ClassLoader

　　BootStrap Classloader (启动ClassLoader)

　　Extension ClassLoader （扩展ClassLoader）

　　App ClassLoader(应用 ClassLoader)

　　Custom ClassLoader(自定义ClassLoader)

每个ClassLoader都有另外一个ClassLoader作为父ClassLoader，BootStrap Classloader除外，它没有父Classloader。

ClassLoader加载机制如下：

自下向上检查类是否被加载，一般情况下，首先从App ClassLoader中调用findLoadedClass方法查看是否已经加载，如果没有加载，则会交给父类，Extension ClassLoader去查看是否加载，还没加载，则再调用其父类，BootstrapClassLoader查看是否已经加载，如果仍然没有，自顶向下尝试加载类，那么从 Bootstrap ClassLoader到 App ClassLoader依次尝试加载。

值得注意的是即使两个类来源于相同的class文件，如果使用不同的类加载器加载，加载后的对象是完全不同的，这个不同反应在对象的 equals()、isAssignableFrom()、isInstance()等方法的返回结果，也包括了使用 instanceof 关键字对对象所属关系的判定结果。

双亲模式： 

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
	throws ClassNotFoundException
    {
	// First, check if the class has already been loaded
	Class c = findLoadedClass(name); //通过名称来查找已经被加载的类
	if (c == null) {
	    try {
		if (parent != null) {
		    c = parent.loadClass(name, false);
		} else {
		    c = findBootstrapClassOrNull(name);
		}
	    } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }
            if (c == null) {
	        // If still not found, then invoke findClass in order
	        // to find the class.
	        c = findClass(name);   //如果这个通过名称没有查找到已经加载的类，则通过名称去查找这个类
	    }
	}
	if (resolve) {
	    resolveClass(c);
	}
	return c;
    }

从代码上可以看出，首先查看这个类是否被加载，如果没有则调用父类的loadClass方法，直到BootstrapClassLoader（没有父类），我们把这个过程叫做双亲模式。

双亲模式的问题：

顶层ClassLoader，无法加载底层ClassLoader的类

Java框架(rt.jar)如何加载应用的类？

比如：javax.xml.parsers包中定义了xml解析的类接口
Service Provider Interface SPI 位于rt.jar 
即接口在启动ClassLoader中。
而SPI的实现类，在AppLoader。

这样就无法用BootstrapClassLoader去加载SPI的实现类。

解决方法：

JDK中提供了一个方法：

Thread. setContextClassLoader()

用以解决顶层ClassLoader无法访问底层ClassLoader的类的问题；
基本思想是，在顶层ClassLoader中，传入底层ClassLoader的实例。

双亲模式是默认的模式，但不是必须这么做；
Tomcat的WebappClassLoader 就会先加载自己的Class，找不到再委托parent；
OSGi的ClassLoader形成网状结构，根据需要自由加载Class。