從萌新的角度理解Java類加載機制

類加載機制

本文主要是對java中類加載機制的入門級別文章，主要介紹類加載機制基本概念,以及類加載機制主要內容。本文按照結構組織如下:
1. 類加載機制是什麼
2. 類加載機制主要內容
3. 類加載機制一般用途

一丶類加載機制是什麼?

    java中的類加載機制，從字面意思就不難理解。就是描述class文件加載到jvm的主要過程，class文件是對java類的描述，加載java類的過程就是加載class文件的過程。
    類加載機制是圍繞ClassLoader這個核心類展開的，classLoader就是類加載機制中的核心類。classLoader有如下幾個主要的方法:

- defineClass：是將字節碼加載到JVM內存中，解析成Class對象的方法。
- findClass: 該方式解析指定路徑下的class文件生成Class對象的方法。一般defineClass方法和findClass是組合使用的，在findClass方法中依據指定路徑，獲取字節流，然後代用defineClass方法進行解析。
- resolveClass:解析繼承關係上的的父類，以及所引用的類，是一個遞歸解析的過程，在對象正真被實例化的時候，該方法被調用。
- loadClass:該方法是上述所有方法的一站式解決方案，也是JVM自帶類加載機制。如果調用loadClass方法加載類，是按照JVM默認的規則加載類，如果需要定製類加載器，則通過重寫上述的三個方法可以達到效果

二丶類加載機制的主要內容

1. 誰來負責class文件的加載

在java代碼中，每個定義的類都是由classloader加載進來的。JVM中的類加載器之間的關係組織結構和類的繼承關係有些相似，都是一層層的，一個類加載器有父加載器，父加載器下面有許多子加載器。JVM主要提供三層類加載器:

1.1 類加載器組織結構

• 第一層:Bootstrap ClassLoader,這個類加載器，主要複雜加載JVM自身工作所需要的類。其他人都訪問不到這個類加載器，是一個相對獨立的類加載，其上沒有父加載器，也沒有子加載器
• 第二層:ExtClassLoader，這類加載是應用層能夠訪問到的頂層類加載器，可以認爲其沒有父加載器，只有子加載器。其主要負責加System.getProperty(“java.ext.dirs”)目錄下的類。
  -第三層:AppClassLoader，這個類加載器就是我們最常接觸的類加載器，用來接在classpath路徑下類的加載器。其父加載器是ExtClassLoader.
  特別注意，從邏輯上可以定義第四層類加載器:
• 第四層:自定義classLoader，該層不是JVM自帶的類加載器，而是我們自定義的類加載器，在整個類加載的組織結構中，可以理解爲第四層，其父加載器是AppClassLoader.
  在熟悉類加載器組織結構後，我們還不能回答究竟是誰負責加載java類。在介紹完上級委託加載機制(雙親委託加載機制)後，就可以從衆多classLoader中找到合適的類加載器加載java類了。

1.2 上級委託加載機制

圖中的類加載器1是類加載器2的父加載器，從上往下依次類推。
- 向上詢問:當我們使用類加載器4加載目標對象時，並不一定是類加載器4來負責該類的加載，類加載器4在確保目標類未被加載後，會將加載請求傳遞給其父加載器classloader3。classloader3會繼續重複和classloader4相同的工作，向其父加載器傳遞加載請求，加載請求最後被傳遞給頂層加載器classloader1.。在該過程中如果某層加載器發現該類已加載了，則結束加載過程，確保不重複加載。如果頂層加載機制受理了加載請求，此次加載過程就結束了。**這個過程，
- 向下委派 如果頂層加載機制不受理該次加載請求，其會將類加載請求按原路遣返，沿途加載器將會依次檢查是否受理該次類加載請求，最後由受理加載器加載目標類。

2.類加載過程

上級委託機制回答了是誰負責加載類的這個問題，閱讀完這一節後，就可以回答JVM加載類的一般過程了。

- 第一階段：該階段的主要工作是定義去哪兒找class文件，並且通過字節流的形式將class文件加載到內存中。
- 第二階段:該階段細分爲三個小階段
1. 字節碼驗證:類加載對加載的字節碼，要做許多驗證，確保class文件格式正確，行爲正確。
2. 類準備:在該階段準備描述類中字段，方法以及實現接口所需要的數據結構,
3. 解析:在這個階段類加載器會將類中引用的所有相關類都加載進去，並且這是一個遞歸的過程。
- 第三階段:初始化class對象，在這個階段靜態變量將初始化，靜態代碼塊也是在這個時候執行的。

三丶定製類加載器

瞭解類加載機制的基本原理後，我們可以看看類加載機制在實際開發中的一些用途
- 在自定義路徑下查找class類文件，當我們需要的class文件，不是在classpath路徑下時，就需要自己實現一個類加載器來加載指定路徑下的class文件。
- 對要加載的類做特殊的處理，在網絡傳輸類信息時，一般會對類的字節碼加密。在加載到JVM之前需要對類的字節碼解密後再按傳統方法加載，這個過程就可以通過自定義類加載器實現
- 類加載器一個比較常見的應用就是熱部署，檢查到已經加載的class文件已經修改的時候，重新加載這個類，以實現熱部署。

Reference：

[1]深入分析javaWeb技術內幕，許令波，第二版