一文读懂类加载机制

类记载过程

多个java文件经过编译打包生成可运行的jar包,最终由java命令运行某个主类的main函数启动程序,这里首先需要通过类加载器把主类加载到jvm。

主类在运行过程中如果使用到其他类,会逐步加载这些类。

注意,jar包里的类不是一次性全部加载的,是使用时才加载的。

从类加载到使用整个过程由如下几步:

加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

  • 加载:在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件,使用到类时才会加载,例如:调用类的main方法,new对象等;
  • 验证:校验字节码文件的正确性;
  • 准备:给类的静态变量分配内存,并赋予默认值;
  • 解析:将符号引用替换为直接引用,该阶段会把一些静态方法(符号引用,比如main方法)替换为指向数据所在内存的指针或句柄等(直接引用),这就是静态链接过程,这个过程是在类记载期间完成的。动态链接是程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用。
  • 初始化:对类的静态变量初始化为指定的值,执行静态代码块。

类加载器

上面的类加载过程主要是通过类加载器来实现的,java里有以下几种类加载器。

  • 启动类加载器:负责加载支撑JVM运行的位于JREd额lib目录下的核心类库;
  • 扩展类加载器:负责加载支撑JVM运行位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包;
  • 应用程序加载器:负责加载ClassPath路径下的类包,主要就是加载应用程序的类;
  • 自定义加载器:负责加载用户自定义路径下的类包;

类记载器继承了java.lang.ClassLoader类,该类有两个核心方法,loadClass和findClass。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            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.
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // this is the defining class loader; record the stats
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

findClass方法默认实现是抛出异常,所以我们在自定义类加载器主要是重写findClass方法。

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

双亲委派机制

jvm类加载器是有亲子层结构的.

这里类加载就是双亲委派机制,记载某个类时, 会先委托父加载器寻找目标类,找不到再委托上层父加载器加载,如果所有父加载器再自己的加载类路径下都找不到目标类,则再自己的类加载路径中查找并载入目标类。

比如:Math类,最先会找应用程序类加载器加载,应用程序加载器会先委托扩展类加载器加载,扩展类加载器再委托启动类加载器,顶层启动类加载器在自己的类加载器路径里找了半天没找到Math类,则向下退回加载Math类的请求,扩展类加载器收到回复就自己加载,在自己的类加载路径里找了半天也没找到Math类,又向下退回Math类的加载请求给应用程序类加载器,应用程序类加载器于是在自己的类加载路径中找到了Math类,于是就自己加载了。

双亲委派机制说简单就是:先找父亲加载,不行再由父亲自己加载。

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