有這樣一道面試題：
class Singleton{
private static Singleton singleton = new Singleton();
public static int value1;
public static int value2 = 0;
private Singleton(){
value1++;
value2++;
}
public static Singleton getInstance(){
return singleton;
}
}
class Singleton2{
public static int value1;
public static int value2 = 0;
private static Singleton2 singleton2 = new Singleton2();
private Singleton2(){
value1++;
value2++;
}
public static Singleton2 getInstance2(){
return singleton2;
}
}
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton = Singleton.getInstance();
System.out.println("Singleton1 value1:" + singleton.value1);
System.out.println("Singleton1 value2:" + singleton.value2);
Singleton2 singleton2 = Singleton2.getInstance2();
System.out.println("Singleton2 value1:" + singleton2.value1);
System.out.println("Singleton2 value2:" + singleton2.value2);
}
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說出運行的結果：
Singleton1 value1 : 1
Singleton1 value2 : 0
Singleton2 value1 : 1
Singleton2 value2 : 1
稍後會帶來分析。
一 類加載機制
JVM類加載分爲5個過程：加載，驗證，準備，解析，初始化，使用，卸載，如下圖所示：
下面來看看加載，驗證，準備，解析，初始化這5個過程的具體動作。
1.1 加載
加載主要是將.class文件（並不一定是.class。可以是ZIP包，網絡中獲取）中的二進制字節流讀入到JVM中。
在加載階段，JVM需要完成3件事：
1）通過類的全限定名獲取該類的二進制字節流；
2）將字節流所代表的靜態存儲結構轉化爲方法區的運行時數據結構；
3）在內存中生成一個該類的java.lang.Class對象，作爲方法區這個類的各種數據的訪問入口。
1.2 連接
1.2.1 驗證
驗證是連接階段的第一步，主要確保加載進來的字節流符合JVM規範。
驗證階段會完成以下4個階段的檢驗動作：
1）文件格式驗證
2）元數據驗證(是否符合Java語言規範)
3）字節碼驗證（確定程序語義合法，符合邏輯）
4）符號引用驗證（確保下一步的解析能正常執行）
1.2.2 準備
準備是連接階段的第二步，主要爲靜態變量在方法區分配內存，並設置默認初始值。
1.2.3 解析
解析是連接階段的第三步，是虛擬機將常量池內的符號引用替換爲直接引用的過程。
1.3 初始化
初始化階段是類加載過程的最後一步，主要是根據程序中的賦值語句主動爲類變量賦值。
注：
1）當有父類且父類爲初始化的時候，先去初始化父類；
2）再進行子類初始化語句。
什麼時候需要對類進行初始化？
1）使用new該類實例化對象的時候；
2）讀取或設置類靜態字段的時候（但被final修飾的字段，在編譯器時就被放入常量池的靜態字段除外static final）；
3）調用類靜態方法的時候；
4）使用反射Class.forName(“xxxx”)對類進行反射調用的時候，該類需要初始化；
5） 初始化一個類的時候，有父類，先初始化父類（注：1. 接口除外，父接口在調用的時候纔會被初始化；2.子類引用父類靜態字段，只會引發父類初始化）；
6） 被標明爲啓動類的類（即包含main()方法的類）要初始化；
7）當使用JDK1.7的動態語言支持時，如果一個java.invoke.MethodHandle實例最後的解析結果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，並且這個方法句柄所對應的類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。
以上情況稱爲對一個類進行主動引用，且有且只要以上幾種情況需要對類進行初始化。
再回過頭來分析一開始的面試題：
Singleton輸出結果：1 0
原因：
1 首先執行main中的Singleton singleton = Singleton.getInstance();
2 類的加載：加載類Singleton
3 類的驗證
4 類的準備：爲靜態變量分配內存，設置默認值。這裏爲singleton(引用類型)設置爲null,value1,value2（基本數據類型）設置默認值0
5 類的初始化（按照賦值語句進行修改）：
執行private static Singleton singleton = new Singleton();
執行Singleton的構造器：value1++;value2++; 此時value1，value2均等於1
執行public static int value1;public static int value2 = 0;
此時value1=1，value2=0
Singleton2輸出結果：1 1
原因：
1 首先執行main中的Singleton2 singleton2 = Singleton2.getInstance2();
2 類的加載：加載類Singleton2
3 類的驗證
4 類的準備：爲靜態變量分配內存，設置默認值。這裏爲value1,value2（基本數據類型）設置默認值0,singleton2(引用類型)設置爲null,
5 類的初始化（按照賦值語句進行修改）：
執行public static int value2 = 0;
此時value2=0(value1不變，依然是0);
執行private static Singleton singleton = new Singleton();
執行Singleton2的構造器：value1++;value2++;
此時value1，value2均等於1,即爲最後結果
二 類加載器
類加載器實現的功能是即爲加載階段獲取二進制字節流的時候。
JVM提供了以下3種系統的類加載器：
- 啓動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：最頂層的類加載器，負責加載 JAVA_HOME\lib 目錄中的，或通過-Xbootclasspath參數指定路徑中的，且被虛擬機認可（按文件名識別，如rt.jar）的類。
- 擴展類加載器(Extension ClassLoader)：負責加載 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的，或通過java.ext.dirs系統變量指定路徑中的類庫。
- 應用程序類加載器(Application ClassLoader)：也叫做系統類加載器，可以通過getSystemClassLoader()獲取，負責加載用戶路徑（classpath）上的類庫。如果沒有自定義類加載器，一般這個就是默認的類加載器。
類加載器之間的層次關係如下： 
照片來源：http://www.importnew.com/25295.html
類加載器之間的這種層次關係叫做雙親委派模型。
雙親委派模型要求除了頂層的啓動類加載器（Bootstrap ClassLoader）外，其餘的類加載器都應當有自己的父類加載器。這裏的類加載器之間的父子關係一般不是以繼承關係實現的，而是用組合實現的。
雙親委派模型的工作過程
如果一個類接受到類加載請求，他自己不會去加載這個請求，而是將這個類加載請求委派給父類加載器，這樣一層一層傳送，直到到達啓動類加載器（Bootstrap ClassLoader）。
只有當父類加載器無法加載這個請求時，子加載器纔會嘗試自己去加載。
雙親委派模型的代碼實現
雙親委派模型的代碼實現集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法當中。
1）首先檢查類是否被加載，沒有則調用父類加載器的loadClass()方法；
2）若父類加載器爲空，則默認使用啓動類加載器作爲父加載器；
3）若父類加載失敗，拋出ClassNotFoundException 異常後，再調用自己的findClass() 方法。
loadClass源代碼如下：
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
//1 首先檢查類是否被加載
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
//2 沒有則調用父類加載器的loadClass()方法；
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//3 若父類加載器爲空，則默認使用啓動類加載器作爲父加載器；
c = findBootstrapClass0(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
//4 若父類加載失敗，拋出ClassNotFoundException 異常後
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
//5 再調用自己的findClass() 方法。
resolveClass(c);
}
return c;
}
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破壞雙親委派模型
雙親委派模型很好的解決了各個類加載器加載基礎類的統一性問題。即越基礎的類由越上層的加載器進行加載。
若加載的基礎類中需要回調用戶代碼，而這時頂層的類加載器無法識別這些用戶代碼，怎麼辦呢？這時就需要破壞雙親委派模型了。
下面介紹兩個例子來講解破壞雙親委派模型的過程。
-
JNDI破壞雙親委派模型
JNDI是Java標準服務，它的代碼由啓動類加載器去加載。但是JNDI需要回調獨立廠商實現的代碼，而類加載器無法識別這些回調代碼（SPI）。
爲了解決這個問題，引入了一個線程上下文類加載器。 可通過Thread.setContextClassLoader()設置。
利用線程上下文類加載器去加載所需要的SPI代碼，即父類加載器請求子類加載器去完成類加載的過程，而破壞了雙親委派模型。 -
Spring破壞雙親委派模型
Spring要對用戶程序進行組織和管理，而用戶程序一般放在WEB-INF目錄下，由WebAppClassLoader類加載器加載，而Spring由Common類加載器或Shared類加載器加載。
那麼Spring是如何訪問WEB-INF下的用戶程序呢？
使用線程上下文類加載器。 Spring加載類所用的classLoader都是通過Thread.currentThread().getContextClassLoader()獲取的。當線程創建時會默認創建一個AppClassLoader類加載器（對應Tomcat中的WebAppclassLoader類加載器）： setContextClassLoader(AppClassLoader)。
利用這個來加載用戶程序。即任何一個線程都可通過getContextClassLoader()獲取到WebAppclassLoader。
三 附上Tomcat類加載架構：
（圖片來源：http://lib.csdn.net/article/java/60356）
Tomcat目錄下有4組目錄：
- /common目錄下：類庫可以被Tomcat和Web應用程序共同使用；由 Common ClassLoader類加載器加載目錄下的類庫；
- /server目錄：類庫只能被Tomcat可見；由 Catalina ClassLoader類加載器加載目錄下的類庫；
- /shared目錄：類庫對所有Web應用程序可見，但對Tomcat不可見；由 Shared ClassLoader類加載器加載目錄下的類庫；
- /WebApp/WEB-INF目錄：僅僅對當前web應用程序可見。由 WebApp ClassLoader類加載器加載目錄下的類庫；
- 每一個JSP文件對應一個JSP類加載器。
參考：《深入理解Java虛擬機》
MyBlog：https://nomico271.github.io/2017/07/07/JVM%E7%B1%BB%E5%8A%A0%E8%BD%BD%E6%9C%BA%E5%88%B6/
2017/07/05 In NJ