2_类加载子系统

类加载子系统Class Loader

Java架构图：

2.1 类加载器的作用

• 类加载器负责从文件系统或网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
• ClassLoader只负责class文件加载，至于它是否可以运行，则由执行引擎（Execution Engine）决定。
• 加载的类信息放在一块称之为方法区的空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息等。

2.2 类加载器ClassLoader角色

3. 类的加载过程阶段一：Loading加载阶段

加载：

1. 通过一个类的权限定名获取定义此类的二进制字节流。
2. 将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区运行时数据结构。
3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各个数据访问入口。

4. 类的加载过程阶段二：Verification验证阶段

• 验证的目的在于确保Class文件的字节流中所包含的信息符合当前虚拟机的要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机的自身安全等。
• 主要包含四种验证：文件格式验证（class文件魔术0xcafebabe）、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

5. 类的加载过程阶段三：Preparation准备阶段

• 为类变量分配内存并且设置该类变量的初始值，即零值。
• 这里不包含final关键字修饰的static，因为final在编译时就会分配了。
• 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区，而实例变量是随着对象一起分配到Java堆中

6. 类的加载过程阶段四：Resolution解析阶段

• 将常量池的符号引用转化为直接引用的过程。
• 解析动作主要包括类、接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。

5. 类的加载过程阶段五：Initialization初始化阶段

• 初始化阶段就是执行类构造方法()的过程。
• 此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并起来。
• 构造方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
• ()不同于类的构造器。
• 若该类具有父类，JVM会保证子类的()执行前，父类的()已经执行完毕。
• 虚拟机必须保证一个类的()方法在多线程下被同步加锁。

6. 类加载器的分类

• JVM支持两种类型的类加载器，分别是引导类加载器Bootstrap ClassLoader和自定义类加载器User-Defined ClassLoader
• 从概念上讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机却没有这样定义，而是将所有原生于抽象类ClassLoader*的类加载器都划分为自定义加载器。

public class HelloLoader {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取系统类类加载器
        ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@36baf30c
        // 获取其上层，扩展类加载器
        ClassLoader parentClassLoader = classLoader.getParent();
        System.out.println(parentClassLoader);//jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@b4c966a
        // 获取其上层引导类加载器
        ClassLoader bootstrapClassLoader = parentClassLoader.getParent();
        System.out.println(bootstrapClassLoader);//null

        //对于用户自定义类加载器：使用系统类加载器进行加载
        //注意！Java核心类库使用的是引导类加载器
        ClassLoader helloLoader = HelloLoader.class.getClassLoader();
        System.out.println(helloLoader);//jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@36baf30c
    }
}

虚拟机自带的加载器：

• 启动类加载器（引导类加载器Bootstrap ClassLoader）
  • 这个类加载器使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。
  • 它主要用来加载Java的核心类库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar、sun.boot.class路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类
  • 并不继承java.lang.ClassLoader，没有父类加载器
  • 加载扩展类和应用程序类加载器，并制定为他们的父类加载器。
  • 出于安全的考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包含包名为java、javax、sun等开头的类
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）
  • Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器是启动类加载器
• 应用程序类加载器（系统类加载器AppClassLoader）
  • java语言编写，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现
  • 派生于ClassLoader
  • 父类加载器为扩展类加载器
  • 它负责加载环境变量classpath或系统属性等
  • 该类是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用程序的类都是由它来完成加载。
  • 通过ClassLoader$getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器