5分钟搞定jvm类加载器

什么是类的加载

我们平时所编写的“xx.java”文件需要经过我们所知的java编译器（javac）编译成“xx.class”文件，这个文件存放着编译后jvm指令的的二进制信息。而**当我们需要用到某个类时，jvm将会加载它，并在内存中创建对应的class对象，这个过程称之为类的加载。**过程如下：

类的加载、连接、初始化

1. 加载
通过类的包名和雷鸣查找到此类的字节码文件，将xx.class文件中的二进制数据读入到jvm内存，并存入其中的方法区内，然后利用字节码文件创建一个class对象存入到堆之中，用来封装类的数据结构等。
连接（验证、准备、解析）：

2. 连接包括三步：
验证：确保被加载类的正确性，是否对jvm有害
准备：为**类的静态变量(static)**分配内存并将其赋值为默认变量（非赋值）eg：static int a = 1；（为a分配内存并设置为0，将a赋值为1的动作是在初始化过程中完成的，而final static int a = 1赋值是在javac过程中完成的。）
解析：把类中的符号引用转化为直接引用，符号引用：我们所写的int a 就是符号引用，直接引用：目标的指针、偏移量内存中的引用，类似c/c++中的指针。

3. 初始化
如果有父类，此时加载父类并进行初始化，静态变量、成员变量等，再加载子类。

类加载器

类的加载是由类加载器完成的。类加载器分为jvm自带的类加载器和用户自定义的类加载器。
jvm内置加载器（）：
启动类加载器Bootstrap ClassLoader
扩展类加载器Extention ClassLoader
系统类加载器System(Application) ClassLoader（应用类加载器）
用户自定义加载器：
java.lang.ClassLoader的子类实例。

Bootstrap ClassLoader

最底层的类加载器，是jvm的一部分，由c++实现，没有父加载器
主要负责加载由系统属性sun.boot.class.path指定的路径下的核心类库（jre/lib），出于安全考虑该类加载器只加载只加载java，javax，sun相关包里的类。

Extention ClassLoader

sun公司实现的sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类（jdk8），由java编写，负责加载jre/lib/ext目录下的类库或者由系统变量“java.ext.dirs”指定的目录下的类库。父加载器是Bootstrap ClassLoader（非继承）。

System(Application) ClassLoader

一个纯java类，sun公司实现的sun.misc.Launcher$AppClassLoader类（jdk8），父加载器是扩展加载器（Extention ClassLoader）（非继承），负责从classpath环境变量或者java.class.path所指定的目录中加载类。是用户自定义的类加载器的默认父加载器。一般情况下是程序默认类加载器，可通过*ClassLoader.getSystemClassLoader()*直接获得。

双亲委派模型

双亲委派机制
当需要使用该类时，才会将它的class文件加载到内存生成class对象（按需加载），加载时，使用的是双亲委派模式：如果一个类加载器收到了类请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父加载器去完成，每一层都是如此，因此所有类加载的请求都会传到启动类加载器，只有当父加载器无法完成该请求时，子加载器才去自己加载。（父加载器、子加载器：非继承关系，而是用组合模式来复用父加载器代码）

双亲委派机制的优点：

1. 避免类的重复加载，当父加载器加载成功时，就没必要子加载器再去加载
2. 安全。防止java核心API不会被随意替换。比如一个网络上的java.lang.Object类,无论哪个类加载器去加载该类，最终都是由启动类加载器进行加载的，因此Object类在程序的各种类加载环境中都是一个类。如果不委托，那么java.lang.Object类存放在classpath中，那么系统中就会出现多个Object类，程序变得很混乱。

ClassLoader

除了启动类加载器Bootstrap ClassLoader，其它类加载器都必须继承java.lang.ClassLoader（abstract）
主要方法：
loadClass();！！！不要覆写此方法
findClass();
defineClass();
resolveClass();
相关使用参考此处

URLClassLoader

java.net.URLClassLoader,扩展了ClassLoader。可以从本地、网络上的指定url加载类。可使用该类作为自定义的类加载器使用。

1. 加载磁盘上的class文件：

现在有一class文件 F:/Test01.class
Test01中有默认构造方法：

public Test01(){
  System.out.println("test01");
 }

此时我们利用URLClassLoader就可以加载磁盘上的class文件：

File file = new File("F:/");
URI uri = file.toURI();
URL url = uri.toURL();

URLClassLoader classLoader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
System.out.println(classLoader.getParent()); //父加载器
Class aClass = classLoader.loadClass("Test01");
aClass.newInstance();//验证是否调用默认构造方法

对应输出：

可以看到默认构造方法已经被调用。

2. 加载网络上的class文件
   类似，请读者自行测试

自定义类加载器

方法：继承ClassLoader，并覆写findClass()方法。

自定义文件类加载器

这里同上面一样，存在 F:/Test01.class
我们自定义一个文件类加载器来实现这个类的加载：

import java.io.*;

/*
 * 自定义本地类加载器
 * director 类所在的目录
 */
public class MyFileClassLoader extends ClassLoader{
    private String director;

    //默认父加载器为应用类加载器（ApplicationClassLoader）
    public MyFileClassLoader(String director) {
        this.director = director;
    }

    //指定父加载器
    public MyFileClassLoader(String director, ClassLoader parentClassLoader) {
        super(parentClassLoader);
        this.director = director;
    }

    /**
     * @param name 类名
     * @return 返回字节码对象
     */
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) {
        try {
            //将类转化为真正对应class文件的目录
            String file = director + File.separator + name.replace(".", "/") + ".class";

            //构建输入输出流
            InputStream is = new FileInputStream(file);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();

            byte[] bytes = new byte[1024];
            int len = -1;
            while ((len = is.read(bytes))!= -1) {
                baos.write(bytes, 0, len);
            }

            //读取到的字节码的二进制数据
            byte[] data = baos.toByteArray();
            is.close();
            baos.close();

            /*
             * name - 预期的 binary name的类
             * data - 构成类数据的字节。
             * 0 - 类数据中的起始偏移量为 0
             * data.length - 类数据的长度
             */
            return defineClass(name, data, 0, data.length);
        } catch (IOException e) {
           throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyFileClassLoader myClassLoader = new MyFileClassLoader("F:/");
        Class aClass = myClassLoader.loadClass("Test01");
        aClass.newInstance();
    }
}

网络类加载器

网络类加载器类似（相关流API的使用）

热部署类加载器

**避开双亲委派模式，实现一个类的不同类加载器的加载。**我们已经知道双亲委派模式主要是以loadClass()方法实现的，那么我们可以不使用loadClass()而是用findClass()方法，避开双亲委派，实现一个类的多次加载，达到热部署。

public static void main(String[] args) throws Exception {
    MyFileClassLoader myClassLoader = new MyFileClassLoader("F:/");
    MyFileClassLoader myClassLoader2 = new MyFileClassLoader("F:/", myClassLoader);

    Class aClass = myClassLoader.findClass("Test01");
    Class aClass2 = myClassLoader2.findClass("Test01");
    System.out.println(aClass.hashCode());
    System.out.println(aClass2.hashCode());
}

输出结果：
455896770
1323165413
可以看到哈希码不同，证明一个类被两个加载器都加载了。