类加载机制

类的加载过程

加载过程可以分为3大阶段：加载 - 链接(验证 -准备 - 解析) - 初始化，如下图：

加载

这里的加载可以从字面意思理解，主要作用是将外部的 .class 文件转换为二进制数据并加载到JVM的方法区内 , 这里的外部可以指：jar、war、网络中等等

验证

校验 class 文件的格式对否满足JVM规范，不符合规范的将抛出 java.lang.VerifyError 错误

准备

为类变量分配内存，并将其初始化为默认值。此时，实例对象还没有分配内存，所以这些动作是在方法区上进行的。

类变量有两次赋初始值的过程，一次在准备阶段，赋予初始值（也可以是指定值）；另外一次在初始化阶段，赋予程序员定义的值。因此，即使程序员没有为类变量赋值也没有关系，它仍然有一个默认的初始值。但局部变量就不一样了，如果没有给它赋初始值，是不能使用的。

解析

将符号引用替换为直接引用的过程，符号引用是一种定义，可以是任何字面上的含义，而直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量 。 这个阶段大体可以分为：

• 类或接口的解析
• 类方法解析
• 接口方法解析
• 字段解析

我们经常发生的异常，就与这个阶段有关。

1. java.lang.NoSuchFieldError 根据继承关系从下往上，找不到相关字段时的报错。
2. java.lang.IllegalAccessError 字段或者方法，访问权限不具备时的错误。
3. java.lang.NoSuchMethodError 找不到相关方法时的错误。

解析过程保证了相互引用的完整性，把继承与组合推进到运行时

初始化

进行成员变量的初始化工作

类加载器

类加载器负责类的加载工作，安全、校验等工作都由它来负责。

Bootstrap ClassLoader

它的作用是加载核心类库，也就是 rt.jar、resources.jar、charsets.jar 等。当然这些 jar 包的路径是可以指定的，-Xbootclasspath 参数可以完成指定操作。这个加载器是 C++ 编写的，随着 JVM 启动

Extention ClassLoader

扩展类加载器，主要用于加载 lib/ext 目录下的 jar 包和 .class 文件。同样的，通过系统变量 java.ext.dirs 可以指定这个目录。这个加载器是个 Java 类，继承自 URLClassLoader

App ClassLoader

我们写的 Java 类的默认加载器，有时候也叫作 System ClassLoader。一般用来加载 classpath 下的其他所有 jar 包和 .class 文件，我们写的代码，会首先尝试使用这个类加载器进行加载

Custom ClassLoader

自定义加载器，支持一些个性化的扩展功能

双亲委派机制

在加载一个类的时候，无论子类是否有能力加载，都要先依托父类加载，如果父类没有能力加载那么子类才会加载，这种机制称为双亲委派机制，个人理解双亲就是指：bootstrap、extention classloader。好处是：保证一个类只会被加载一次、并且安全，想象一下如果Object存在于多个，程序会是什么样子。

打破双亲委派的案例

重写loadclass方法即可打破双亲委派机制

Tomcat

Tomcat在加载webapp的时候为了保证多个app的隔离性，加载时是由子类优先加载的，加载不到才会交给父类加载

SPI

ServiceLoader.java 是属于bootstrap classloader 加载的类 ， 如果按双清委派模型的话是不可能加载到三方jar中的类的。但是JDK玩了一个小技巧：把加载三方jar的类加载器设置为Thread.currentThread().getContextClassLoader()d , 我们知道线程上下文类加载器默认为application classloader。

使用endorsed实现JDK类的替换

以下介绍两种方式来实现替换JDK的类,但是这两种方式都需要把自己写的java源文件打成jar包

方式一

使用虚拟机参数 -Djava.endorsed.dirs 指定你自己写的jar包所在目录,jar可以放在任何目录

方式二

把你自己打的jar包放在 %JAVA_HOME%\jre\lib\endorsed 下面，这个目录是固定的，无需再次指定虚拟机参数-Djava.endorsed.dirs

注意这里有坑，如果你在其他帖子中看到的可以替换java.lang.* 或者 java.util.*下面的JDK类，那很有可能基于的JDK版本比较低，例如1.8以下 。 本人在1.8的JDK中以及不支持替换java.util.*下面的类了，启动会报如下异常**

在JDK8中只支持替换一小部分的JDK类，参考JDK文档：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/standards/index.html#endorsed-standards-apis

多说一句：貌似在JDK9中已经把endorsed机制给删除了