面試必備jvm類加載器

什麼是類的加載

我們平時所編寫的“xx.java”文件需要經過我們所知的java編譯器（javac）編譯成“xx.class”文件，這個文件存放着編譯後jvm指令的的二進制信息。而**當我們需要用到某個類時，jvm將會加載它，並在內存中創建對應的class對象，這個過程稱之爲類的加載。**過程如下：

類的加載、連接、初始化

1. 加載
通過類的包名和雷鳴查找到此類的字節碼文件，將xx.class文件中的二進制數據讀入到jvm內存，並存入其中的方法區內，然後利用字節碼文件創建一個class對象存入到堆之中，用來封裝類的數據結構等。
連接（驗證、準備、解析）：

2. 連接包括三步：
驗證：確保被加載類的正確性，是否對jvm有害
準備：爲**類的靜態變量(static)**分配內存並將其賦值爲默認變量（非賦值）eg：static int a = 1；（爲a分配內存並設置爲0，將a賦值爲1的動作是在初始化過程中完成的，而final static int a = 1賦值是在javac過程中完成的。）
解析：把類中的符號引用轉化爲直接引用，符號引用：我們所寫的int a 就是符號引用，直接引用：目標的指針、偏移量內存中的引用，類似c/c++中的指針。

3. 初始化
如果有父類，此時加載父類並進行初始化，靜態變量、成員變量等，再加載子類。

類加載器

類的加載是由類加載器完成的。類加載器分爲jvm自帶的類加載器和用戶自定義的類加載器。
jvm內置加載器（）：
啓動類加載器Bootstrap ClassLoader
擴展類加載器Extention ClassLoader
系統類加載器System(Application) ClassLoader（應用類加載器）
用戶自定義加載器：
java.lang.ClassLoader的子類實例。

Bootstrap ClassLoader

最底層的類加載器，是jvm的一部分，由c++實現，沒有父加載器
主要負責加載由系統屬性sun.boot.class.path指定的路徑下的核心類庫（jre/lib），出於安全考慮該類加載器只加載只加載java，javax，sun相關包裏的類。

Extention ClassLoader

sun公司實現的sun.misc.Launcher$ExtClassLoader類（jdk8），由java編寫，負責加載jre/lib/ext目錄下的類庫或者由系統變量“java.ext.dirs”指定的目錄下的類庫。父加載器是Bootstrap ClassLoader（非繼承）。

System(Application) ClassLoader

一個純java類，sun公司實現的sun.misc.Launcher$AppClassLoader類（jdk8），父加載器是擴展加載器（Extention ClassLoader）（非繼承），負責從classpath環境變量或者java.class.path所指定的目錄中加載類。是用戶自定義的類加載器的默認父加載器。一般情況下是程序默認類加載器，可通過*ClassLoader.getSystemClassLoader()*直接獲得。

雙親委派模型

雙親委派機制
當需要使用該類時，纔會將它的class文件加載到內存生成class對象（按需加載），加載時，使用的是雙親委派模式：如果一個類加載器收到了類請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父加載器去完成，每一層都是如此，因此所有類加載的請求都會傳到啓動類加載器，只有當父加載器無法完成該請求時，子加載器纔去自己加載。（父加載器、子加載器：非繼承關係，而是用組合模式來複用父加載器代碼）

雙親委派機制的優點：

1. 避免類的重複加載，當父加載器加載成功時，就沒必要子加載器再去加載
2. 安全。防止java核心API不會被隨意替換。比如一個網絡上的java.lang.Object類,無論哪個類加載器去加載該類，最終都是由啓動類加載器進行加載的，因此Object類在程序的各種類加載環境中都是一個類。如果不委託，那麼java.lang.Object類存放在classpath中，那麼系統中就會出現多個Object類，程序變得很混亂。

ClassLoader

除了啓動類加載器Bootstrap ClassLoader，其它類加載器都必須繼承java.lang.ClassLoader（abstract）
主要方法：
loadClass();！！！不要覆寫此方法
findClass();
defineClass();
resolveClass();
相關使用參考此處

URLClassLoader

java.net.URLClassLoader,擴展了ClassLoader。可以從本地、網絡上的指定url加載類。可使用該類作爲自定義的類加載器使用。

1. 加載磁盤上的class文件：

現在有一class文件 F:/Test01.class
Test01中有默認構造方法：

public Test01(){
  System.out.println("test01");
 }

此時我們利用URLClassLoader就可以加載磁盤上的class文件：

File file = new File("F:/");
URI uri = file.toURI();
URL url = uri.toURL();

URLClassLoader classLoader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
System.out.println(classLoader.getParent()); //父加載器
Class aClass = classLoader.loadClass("Test01");
aClass.newInstance();//驗證是否調用默認構造方法

對應輸出：

可以看到默認構造方法已經被調用。

2. 加載網絡上的class文件
   類似，請讀者自行測試

自定義類加載器

方法：繼承ClassLoader，並覆寫findClass()方法。

自定義文件類加載器

這裏同上面一樣，存在 F:/Test01.class
我們自定義一個文件類加載器來實現這個類的加載：

import java.io.*;

/*
 * 自定義本地類加載器
 * director 類所在的目錄
 */
public class MyFileClassLoader extends ClassLoader{
    private String director;

    //默認父加載器爲應用類加載器（ApplicationClassLoader）
    public MyFileClassLoader(String director) {
        this.director = director;
    }

    //指定父加載器
    public MyFileClassLoader(String director, ClassLoader parentClassLoader) {
        super(parentClassLoader);
        this.director = director;
    }

    /**
     * @param name 類名
     * @return 返回字節碼對象
     */
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) {
        try {
            //將類轉化爲真正對應class文件的目錄
            String file = director + File.separator + name.replace(".", "/") + ".class";

            //構建輸入輸出流
            InputStream is = new FileInputStream(file);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();

            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len = -1;
            while ((len = is.read(bytes))!= -1) {
                baos.write(bytes, 0, len);
            }

            //讀取到的字節碼的二進制數據
            byte[] data = baos.toByteArray();
            is.close();
            baos.close();

            /*
             * name - 預期的 binary name的類
             * data - 構成類數據的字節。
             * 0 - 類數據中的起始偏移量爲 0
             * data.length - 類數據的長度
             */
            return defineClass(name, data, 0, data.length);
        } catch (IOException e) {
           throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyFileClassLoader myClassLoader = new MyFileClassLoader("F:/");
        Class aClass = myClassLoader.loadClass("Test01");
        aClass.newInstance();
    }
}

網絡類加載器

網絡類加載器類似（相關流API的使用）

熱部署類加載器

**避開雙親委派模式，實現一個類的不同類加載器的加載。**我們已經知道雙親委派模式主要是以loadClass()方法實現的，那麼我們可以不使用loadClass()而是用findClass()方法，避開雙親委派，實現一個類的多次加載，達到熱部署。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    MyFileClassLoader myClassLoader = new MyFileClassLoader("F:/");
    MyFileClassLoader myClassLoader2 = new MyFileClassLoader("F:/", myClassLoader);

    Class aClass = myClassLoader.findClass("Test01");
    Class aClass2 = myClassLoader2.findClass("Test01");
    System.out.println(aClass.hashCode());
    System.out.println(aClass2.hashCode());
}

輸出結果：
455896770
1323165413
可以看到哈希碼不同，證明一個類被兩個加載器都加載了。