Java中类加载器的分析与理解！详细解析类的加载过程

类的加载过程

• JVM中的类加载过程分为三步:
  • 装载: Load
  • 链接: Link
  • 初始化: Initialize

装载

• 查找并加载类的二进制数据

链接

• 验证: 确保加载类的正确性
• 准备: 为类的静态变量分配内存,将将这些静态变量初始化为默认值
• 解析: 将类中的符号引用转换为直接引用

• 之所以要有验证的步骤:
  • 首先如果由编译器生成的class文件,必定符合JVM字节码格式
  • 但是,如果使用自定义的class文件,在JVM中加载运行,会导致安全问题
  • 因此需要为class文件添加验证的步骤,如果不符合,就不会继续执行,保证JVM安全

初始化

• 为类的静态变量赋予正确的初始值

• 准备阶段和初始化阶段似乎有矛盾,但其实并不矛盾:
  • 假如类中有这样的语句: private static int a = 10 , 该语句的执行过程如下:
    • 首先字节码文件加载到内存中
    • 进行链接的验证步骤
    • 验证通过后进行准备步骤,给a分配内存
    • 因为变量a是static属性,所以a的值为int类型的默认初始值0,即a = 0
    • 然后进行到解析的步骤
    • 只有到初始化步骤时,才把a的真正的值10赋给a,此时a = 10

类的初始化

类进行初始化的场景

• 创建类的实例,即new一个新的对象时
• 访问某个类或者接口的静态变量,或者对这样的静态变量赋值时
• 调用类的静态方法时
• 反射: Class.forName("XxxClass")
• 初始化一个类的子类时,会首先初始化子类的父类
• JVM启动时标明的启动类时,即文件名和类名相同的类

类的初始化步骤

• 如果这个类还没有被加载和链接,就首先进行装载和链接
• 如果这个类存在直接父类,并且这个类还没有被初始化(在一个类加载器中,类只能初始化一次),就初始化直接的父类. 这个情况不适用于接口
• 加入类中存在初始化语句,比如static变量或者static块, 就执行这些初始化语句

类的加载

类的加载过程

• 将类的 .class文件中的二进制数据 读入到内存中
• 将这些数据放在运行时的数据区的方法区内
• 在堆区创建一个这个类的java.lang.Class对象,用来封装类在方法区类的对象
• 类的加载最终生成位于堆区中的Class对象
  • Class对象封装了类在方法区内的数据结构
  • Class对象提供了访问方法区内的数据结构的接口

类的加载方式

• 从本地系统直接加载
• 通过网络下载.class文件
• 从zip, jar等归档文件中加载.class文件
• 从专有数据库中提取.class文件
• 将Java源文件动态编译为.class文件,比如服务器

类加载器

• Java的类加载是通过ClassLoader及其子类来完成的

Bootstrap ClassLoader

• 负责加载 $JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class, 由C++ 实现,不是ClassLoader类

Extension ClassLoader

• 负责加载Java平台中扩展功能的一些jar包,包括 $JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或者 -Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

App ClassLoader

• 负责加载classpath中指定的jar包及目录中class

Custom ClassLoader

• 应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader
• Tomcat,JBoss都会根据J2EE规范自行实现ClassLoader

加载过程

• 类加载器首先会检查类是否已经被加载
• 检查顺序自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查
• 只要某个ClassLoader已加载就表示已加载此类,保证此类的所有ClassLoader至少要被加载一次
• 加载的顺序是自顶向下,由上层来逐层尝试加载此类