JVM之类加载器

JVM整体结构

1、类加载器子系统作用

• 类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。
• ClassLoader只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由ExecutionEngine决定。
• 加载的类信息存放在一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包含字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）

2、类的加载过程

2.1、Lodading加载

1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制流字节流
2. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
3. 在内存中生产一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

2.2、Linking链接

2.2.1、验证（Verify）

• 目的在于确保 Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全
• 主要包括四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符合引用验证。

2.2.2、准备（Prepare）

• 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值。
• 这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配，准备阶段会显式初始化
• 这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到java堆中。

2.2.3、解析（Resolve）

• 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
• 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
• 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法等。

2.3、Initialization初始化

• 初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程，此方法不需要定义，是javac编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。

• 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行。

• 若该类具有父类，jvm会保证子类的<clinti>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕
• 虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁。

3、类加载器的分类

3.1、启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

• 这个类加载器使用C语言实现的，嵌套在JVM内部
• 它用来加载java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类
• 不继承自java.lang.ClassLoader，没有父加载器
• 加载扩展类和应用程序类加载器，并指向为他们的父类加载器
• 处于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类

3.2、扩展类加载器（Extension ClassLoader）

• java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，内部类
• 派生于ClassLoader类
• 父类加载器为启动类加载器，通过扩展列加载器父类获取启动类加载器为null（表示启动类加载器）
• 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安卓目录jre/lib/ext子目录（扩展目录）下加载类库，如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。

3.3、应用程序加载器（系统类加载器，AppClassLoader）

• java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，内部类
• 派生于ClassLoader类
• 父类加载器为扩展类加载器
• 负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库
• 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，java应用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

3.4、用户自定义加载器

父类加载器为应用类加载器 为什么需要自定义？

• 隔离加载类（不同的中间件相同包名，避免冲突）
• 修改类的加载方法
• 扩展加载源（扩展需要的方式）
• 防止源码泄露（对字节码加密解密）

3.5、ClassLoader常用方法和获取方式

ClassLoader类是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader（不包括启动类加载器）

常用方法：

• getParent()：返回该类加载器的超类加载器
• loadClass(String name)：加载名称为name的类，返回结果为java.lang.Class类的实例
• findClass(String name)：查找名称为name的类，返回结果为java.lang.Class的实例
• findLoadedClass(Stirng name)：查询名称为name的已经被加载的类，返回结果为java.lang.Class的类实例

获取方式：

• 获取当前类ClassLoader：clazz.getClassLoader()
• 获取当前线程上下文的ClassLoader：Thread.currentThread().getContextClassLoader()
• 获取系统的ClassLoader：ClassLoader.getSystemClassLoader()
• 获取调用者的ClassLoader：DriverManager.getCallerClassLoader()

4、双亲委派机制

四种类加载器并非继承关系，只是为了实现双亲委派机制的上下级加载方式

4.1、工作原理

1. 如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行
2. 如果父类加载器还存在父类加载器，则进一步向上委托，一次递归，请求最终将达顶层的启动类加载器
3. 如果父类加载器可以完成类加载器任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

4.2、优点

• 避免类的重复加载
• 保护程序安全，繁殖核心API被随意篡改（如自定义类java.lang.String）

4.3、沙箱安全机制

自定义java.lang.String类，但是在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导器加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中java\lang\String.class），报错信息说没有main方法就是因为加载的是rt.jar包中的String类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

5、补充

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在的两个必要条件：

• 类的完整类名必须一致，保护包名
• 加载这个类的ClassLoader必须相同