理解java类的加载以及ClassLoader分析

• 在java代码中，类型的加载、连接、与初始化过程都是在程序运行期间完成的（类从磁盘加载到内存中经历的三个阶段）

• 提供了更大的灵活性，增加了更多的可能性
  

什么是类的加载（类初始化）

加载

加载阶段指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个 java.lang.Class对象（JVM规范并未说明Class对象位于哪里，HotSpot虚拟机将其放在方法区中），用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的 Class对象， Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。

加载阶段简单来说就是：
.class文件（二进制数据）——>读取到内存——>数据放进方法区——>堆中创建对应Class对象——>并提供访问方法区的接口

验证

验证：确保被加载的类的正确性。

验证是连接阶段的第一阶段，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作：

文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以 0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。

元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如：这个类是否有父类，除了 java.lang.Object之外。

字节码验证：通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。

符号引用验证：确保解析动作能正确执行。

验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用 -Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。

准备

当完成字节码文件的校验之后，JVM 便会开始为类变量分配内存并初始化。准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中分配。

内存分配的对象：要明白首先要知道Java 中的变量有类变量以及类成员变量两种类型，类变量指的是被 static 修饰的变量，而其他所有类型的变量都属于类成员变量。在准备阶段，JVM 只会为类变量分配内存，而不会为类成员变量分配内存。类成员变量的内存分配需要等到初始化阶段才开始

初始化的类型：在准备阶段，JVM 会为类变量分配内存，并为其初始化（JVM 只会为类变量分配内存，而不会为类成员变量分配内存，类成员变量自然这个时候也不能被初始化）。但是这里的初始化指的是为变量赋予 Java 语言中该数据类型的默认值，而不是用户代码里初始化的值。

解析

当通过准备阶段之后，进入解析阶段。解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。

直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

初始化

Java程序对类的使用方式可分为两种:主动使用与被动使用。一般来说只有当对类的首次主动使用的时候才会导致类的初始化，所以主动使用又叫做类加载过程中“初始化”开始的时机。那啥是主动使用呢？类的主动使用包括以下六种：

1、 创建类的实例，也就是new的方式

2、 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值（凡是被final修饰不不不其实更准确的说是在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）

3、 调用类的静态方法

4、 反射（如 Class.forName(“com.gx.yichun”)）

5、 初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化

6、 Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（ JavaTest ），还有就是Main方法的类会 首先被初始化

最后注意一点对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化（执行静态代码块），这句话在继承、多态中最为明显！为了方便理解下文会陆续通过例子讲解

类的生命周期

使用

当 JVM 完成初始化阶段之后，JVM 便开始从入口方法开始执行用户的程序代码。这个使用阶段也只是了解一下就可以了。

卸载

当用户程序代码执行完毕后，JVM 便开始销毁创建的 Class 对象，最后负责运行的 JVM 也退出内存。这个卸载阶段也只是了解一下就可以了。

结束生命周期

在如下几种情况下，Java虚拟机将结束生命周期

1、 执行了 System.exit()方法

2、 程序正常执行结束

3、 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止

4、 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止

类加载器

启动类加载器： BootstrapClassLoader，启动类加载器主要加载的是JVM自身需要的类，这个类加载使用C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分，负责加载存放在 JDK\jre\lib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被 -Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar，所有的java.开头的类均被 BootstrapClassLoader加载）。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。总结一句话：启动类加载器加载java运行过程中的核心类库JRE\lib\rt.jar, sunrsasign.jar, charsets.jar, jce.jar, jsse.jar, plugin.jar 以及存放在JRE\classes里的类，也就是JDK提供的类等常见的比如：Object、Stirng、List…

扩展类加载器： ExtensionClassLoader，该加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载 JDK\jre\lib\ext目录中，或者由 java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。

应用程序类加载器： ApplicationClassLoader，该类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，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。总结一句话：应用程序类加载器加载CLASSPATH变量指定路径下的类 即指你自已在项目工程中编写的类

线程上下文类加载器：除了以上列举的三种类加载器，其实还有一种比较特殊的类型就是线程上下文类加载器。类似Thread.currentThread().getContextClassLoader()获取线程上下文类加载器，线程上下文加载器其实很重要，它违背（破坏）双亲委派模型，很好地打破了双亲委派模型的局限性，尽管我们在开发中很少用到，但是框架组件开发绝对要频繁使用到线程上下文类加载器，如Tomcat等等…

双亲委派机制

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式

1. 如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行；
2. 如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器；
3. 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。
4. 父类加载器一层一层往下分配任务，如果子类加载器能加载，则加载此类，如果将加载任务分配至系统类加载器也无法加载此类，则抛出异常。

双亲委派机制优势

双亲委派机制的优势：

1. 避免类的重复加载
2. 保护程序安全，防止核心API被随意篡改
   1. 自定义类：java.lang.String 没有屌用
   2. 自定义类：java.lang.ShkStart（报错：阻止创建 java.lang开头的类）

B站视频: https://www.bilibili.com/video/BV1PJ411n7xZ

文档：https://blog.csdn.net/oneby1314/category_10647590.html

博主：https://yichun.blog.csdn.net/article/details/102983363

工具：https://www.yepk.cn/archives/idea-bytecode-viewer.html