【Java基础】java类加载过程与反射机制

1.类的加载、连接和初始化

当程序使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化三个步骤来对类进行初始化。如果没有意外，jvm将会连续完成这三个步骤，有时也把这三个步骤统称为类的加载和类初始化。

1.1 类的加载

类加载指的是将类的class文件读入内存，并且为之创建一个java.lang.Class对象，也就是说当程序中使用任何类时，都会为之创建一个java.lang.Class对象。
类的加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供，这些类加载器是前面所有程序运行的基础，JVM提供的这些类加载器通常被称为系统类加载器。除此之外，开发者可以通过继承ClassLoader基类来创建类加载器。

1.2 类的连接

当类被加载之后，系统会为之生成一个Class对象，接着将进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中。连接阶段分为三个步骤：
a.验证：验证阶段用于验证被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致。
b.准备：准备阶段负责为类变量分配内存，并且设置默认的初始值。
c.解析：解析阶段会让JVM检查类文件中所引用的类型是否都是已知的类型，如果有运行时未知的类，那么它们也会被加载进来。

1.3 类的初始化

在类的初始化阶段，虚拟机负责对类进行初始化，主要就是对类变量进行初始化，在java类中对类变量进行初始化有两种方式：1.声明类变量时指定初始值。2.使用静态初始化块对类变量指定初始值。
类变量和静态初始化块的执行优先级是同级的，例如：

public class Test {
    static{
        n=10;
    }
    static int n=9;
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("n="+n);//9
    }
}

这里的输出值是9，并非10，因为静态初始化块和类变量是同级的。当程序加载、连接完成以后，进入准备初始化阶段，这个时候n为0，程序按照先后循序首先使用10为n赋值，然后再使用9为n赋值。
经过上面的介绍，我们已经知道一个对象的建立需要经历加载、链接、初始化。在类加载的时候，需要使用类加载器，接下来介绍类加载器的作用。

2.类加载器

类加载器负责将.class文件加载到内存中，并为之生成java.lang.Class对象，这是后面讲到的java反射机制的基础。

当JVM启动时，会形成由三个类加载器组成的类加载器结构。
Bootstrap ClassLoader：根类加载器
Extension ClassLoader：扩展类加载器
System ClassLoader：系统类加载器
如果用户自定义了类加载器，那么还有用户类加载器。除了根类加载器外所有的类加载器都是java.lang.ClassLoader的子类，并且这些类加载器是具有层次结构的。

如图：

根类加载器：负责加载java的核心类。
扩展类加载器：负责加载JRE的扩展目录（%JAVA_HOME%/jre/lib/ext或者java.ext.dirs指定的目录）中的jar包。
系统类加载器：负责在JVM启动时，加载来自java命令的-classpath选项，或是java.class.path系统属性，或是CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类路径。

public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println("//系统类加载器");
        ClassLoader systemLoader=ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println("系统类加载器："+systemLoader);
        /* 获得系统类加载器的加载路径
         * 通常为CLASSPATH环境变量指定的值。
         * 如果没有指定CLASSPATH环境变量，那么默认以当前路径作为系统类的加载路径。
         */
        Enumeration<URL> em1=systemLoader.getResources(".");
        while(em1.hasMoreElements()){
            System.out.println(em1.nextElement());
        }
        
        System.out.println("//扩展类加载器");
        ClassLoader extensionLoader=systemLoader.getParent();//系统类加载器的父类就是扩展类加载器
        System.out.println("扩展类加载器："+extensionLoader);
        System.out.println("扩展类加载器的加载路径："+System.getProperty("java.ext.dirs"));
        System.out.println("扩展类加载器的父加载器："+extensionLoader.getParent());//获得根加载器
        
        System.out.println("//根类加载器");
        URL[] urls=sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for(int i=0;i<urls.length;i++){
            System.out.println(urls[i].toExternalForm());
        }
    }

View Code

打印结果为：

//系统类加载器
系统类加载器：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@addbf1
file:/D:/workspace/pc141/Test/bin/
//扩展类加载器
扩展类加载器：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@42e816
扩展类加载器的加载路径：D:\App\jdk\jre1.6\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
扩展类加载器的父加载器：null
//根类加载器
file:/D:/App/jdk/jre1.6/lib/resources.jar
file:/D:/App/jdk/jre1.6/lib/rt.jar
file:/D:/App/jdk/jre1.6/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/App/jdk/jre1.6/lib/jsse.jar
file:/D:/App/jdk/jre1.6/lib/jce.jar
file:/D:/App/jdk/jre1.6/lib/charsets.jar
file:/D:/App/jdk/jre1.6/lib/modules/jdk.boot.jar
file:/D:/App/jdk/jre1.6/classes

从上面的打印结果可以看出，系统类加载器的父加载器是扩展类加载器，扩展类类加载器的父加载器是根加载器，但是为什么调用扩展类加载器的getParent()却返回null呢？这是因为根加载器比较特殊，它不是ClassLoader的子类。