JVM类加载机制（六）

1.类加载器的分类和工作原理

类加载器（ClassLoader）是 Java 虚拟机（JVM）的重要组成部分，负责将类的字节码加载到内存中并转换为可执行的 Java 类。类加载器的主要任务是根据类的名称查找字节码文件并加载到内存中，然后进行验证、准备和解析等操作，最终生成可执行的类。

类加载器的分类：

1. 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）：负责加载 Java 平台核心库，位于 <JAVA_HOME>/jre/lib 目录下。它是虚拟机自身的一部分，由C++实现，不是Java类，主要负责加载核心类库，如 java.lang 包中的类。

2. 扩展类加载器（Extension Class Loader）：负责加载 Java 平台的扩展库，位于 <JAVA_HOME>/jre/lib/ext 目录下。它是由 Java 实现的类加载器，用于加载 <JAVA_HOME>/jre/lib/ext 目录中的 JAR 文件。

3. 应用程序类加载器（Application Class Loader）：也称为系统类加载器（System Class Loader），负责加载应用程序的类路径（Classpath）上指定的类库。它是开发者自定义的类加载器，是 Java 类加载器的默认实现。

4. 用户自定义类加载器：除了上述内建的类加载器之外，开发者还可以自定义类加载器，继承自 java.lang.ClassLoader 类，实现自己的类加载逻辑。

        类加载器的工作原理： 类加载器采用了双亲委派模型（Parent Delegation Model）来加载类，即当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先将加载任务委派给父类加载器，只有在父类加载器无法加载该类时，才由当前类加载器自己来加载。

具体的工作流程如下：

1. 当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先会检查是否已经加载过这个类。如果已经加载过，则直接返回已加载的类。
2. 如果类没有被加载过，则将加载任务委派给父类加载器。父类加载器会按照同样的方式检查是否已经加载过这个类。
3. 如果父类加载器也无法加载该类，则当前类加载器会尝试自己加载。它首先查找类文件，读取字节码，并根据字节码创建对应的 Class 对象。
4. 如果当前类加载器仍然无法加载该类，则会抛出 ClassNotFoundException 异常。

        通过双亲委派模型，可以保证类的加载是由上而下的层级关系，确保类的唯一性和一致性。这种层级关系使得不同类加载器负责加载不同的类，实现了类的隔离性和安全性。

2.双亲委派模型

        双亲委派模型（Parent Delegation Model）是一种类加载机制，定义了类加载器之间的层次关系和加载顺序。根据这个模型，当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先将加载任务委派给其父类加载器，只有在父类加载器无法加载该类时，才由当前类加载器自己来加载。

        双亲委派模型的主要目的是保证类的唯一性和一致性。通过这种模型，可以避免在不同类加载器中出现同名类的冲突，并确保类的加载是由上而下的层级关系。

        双亲委派模型的优点在于保证了类加载的一致性和安全性。它可以避免同名类的冲突，并且能够确保核心类库的安全性，防止用户自定义的类替代核心类库的类。

然而，有时候我们需要打破双亲委派模型，自定义类加载器并在其中加载特定的类。一些常见的例子包括：

1. 在某些容器或框架中，需要加载特定版本的类库，而不是使用系统类库中的版本。这时可以自定义类加载器，优先加载特定版本的类库。
2. 实现代码热替换（HotSwap）功能时，需要在运行时动态加载修改后的类。这时可以自定义类加载器，加载更新后的类文件。
3. 在一些特殊需求的场景中，可以自定义类加载器，实现特定的加载逻辑，例如从数据库或网络中加载类文件。

        通过自定义类加载器并打破双亲委派模型，我们可以实现更灵活的类加载方式，并满足特定的需求。但需要注意，打破双亲委派模型可能引入类加载的不确定性和安全风险，需要谨慎使用。

3.类加载的过程

        类加载是将类的字节码文件加载到内存中，并转换为可执行的 Java 类的过程。类加载器负责执行类加载操作，它们之间有一定的关系和协作。

类加载的过程通常包括以下步骤：

1. 加载（Loading）：查找并读取类的字节码文件，一般是从文件系统、JAR 文件或网络等位置获取。加载的结果是在内存中生成一个对应的字节码表示，通常以字节数组的形式存在。

2. 验证（Verification）：验证字节码的正确性和安全性。检查字节码是否符合 JVM 规范，是否包含不合法的操作码或结构，以及是否违反了安全约束等。

3. 准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存并设置默认初始值。这些变量包括静态字段和常量，它们在此阶段被分配内存空间，但还没有赋予初始值。

4. 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用。符号引用是指在字节码中使用的类、方法、字段等的符号名称，而直接引用是指在内存中的指针或句柄。解析的过程将符号引用解析为直接引用，使得虚拟机能够直接访问对应的类、方法、字段等。

5. 初始化（Initialization）：对类进行初始化，包括执行静态变量赋值和静态代码块的初始化操作。在此阶段，类的静态变量被赋予真正的初始值，静态代码块被执行。

4.动态加载和动态代理的实现原理

        动态加载和动态代理是 Java 中常用的技术，它们都基于反射机制来实现。

1. 动态加载（Dynamic Loading）：动态加载是指在程序运行时根据需要动态地加载类或资源，而不是在编译时确定。通过动态加载，可以在运行时根据条件加载特定的类，实现类的动态扩展和灵活性。

        动态加载的实现原理主要依赖于 ClassLoader 类和其子类。通过自定义类加载器，可以指定加载类的方式和位置，从而实现动态加载。一般的步骤如下：

• 创建自定义的类加载器，并重写其 findClass 方法，实现类加载的逻辑。
• 在加载类时，判断是否需要动态加载，如果需要，则调用 defineClass 方法将类的字节码转换为 Class 对象，并返回该对象。
• 在程序中使用动态加载的类时，通过反射调用其方法或访问其属性。

1. 动态代理（Dynamic Proxy）：动态代理是一种设计模式，允许在运行时创建一个代理类来替代原始类，以实现对原始类的控制和扩展。动态代理常用于实现 AOP（面向切面编程）等场景。

动态代理的实现原理主要依赖于 Java 的 java.lang.reflect 包中的 Proxy 类和 InvocationHandler 接口。一般的步骤如下：

• 定义一个接口，声明代理类和原始类都要实现的方法。
• 创建一个实现 InvocationHandler 接口的代理处理器类，重写其 invoke 方法，在该方法中定义对原始类方法的增强逻辑。
• 在程序中通过 Proxy.newProxyInstance 方法创建代理对象，传入代理处理器对象和要代理的接口。
• 当调用代理对象的方法时，实际上会调用代理处理器的 invoke 方法，从而执行对原始类方法的增强逻辑。

        动态代理通过代理对象来代替原始对象，并拦截对原始对象方法的调用，从而实现对原始类的控制和扩展。通过代理对象的动态生成和调用处理器的处理，实现了动态代理的功能。