Java加载Class文件的原理机制

Posted 2021-11-29 lukelook

详见：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6cbfd2170100ljmp.html

1.Java中的所有类，必须被装载到jvm中才能运行，这个装载工作是由jvm中的类装载器完成的，类装载器所做的工作实质是把类文件从硬盘读取到内存中

2.java中的类大致分为三种：

    1.系统类

    2.扩展类

    3.由程序员自定义的类 

3.类装载方式，有两种

    1.隐式装载， 程序在运行过程中当碰到通过new 等方式生成对象时，隐式调用类装载器加载对应的类到jvm中。

    2.显式装载， 通过class.forname()等方法，显式加载需要的类

  隐式加载与显式加载的区别？两者本质是一样?

4.类加载的动态性体现

    一个应用程序总是由n多个类组成，Java程序启动时，并不是一次把所有的类全部加载后再运行，它总是先把保证程序运行的基础类一次性加载到jvm中，其它类等到jvm用到的时候再加载，这样的好处是节省了内存的开销，因为java最早就是为嵌入式系统而设计的，内存宝贵，这是一种可以理解的机制，而用到时再加载这也是java动态性的一种体现 

5．java类装载器

    Java中的类装载器实质上也是类，功能是把类载入jvm中，值得注意的是jvm的类装载器并不是一个，而是三个，层次结构如下：

      Bootstrap Loader  - 负责加载系统类

            |

          - - ExtClassLoader  - 负责加载扩展类

                    |

                   - - AppClassLoader  - 负责加载应用类

    为什么要有三个类加载器，一方面是分工，各自负责各自的区块，另一方面为了实现委托模型，下面会谈到该模型

6. 类加载器之间是如何协调工作的

      前面说了，java中有三个类加载器，问题就来了，碰到一个类需要加载时，它们之间是如何协调工作的，即java是如何区分一个类该由哪个类加载器来完成呢。

    在这里java采用了委托模型机制，这个机制简单来讲，就是“类装载器有载入类的需求时，会先请示其Parent使用其搜索路径帮忙载入，如果Parent 找不到,那么才由自己依照自己的搜索路径搜索类”，注意喔，这句话具有递归性

下面举一个例子来说明，为了更好的理解，先弄清楚几行代码：

Public class Test{

    Public static void main(String[] arg){

      ClassLoader c  = Test.class.getClassLoader();  //获取Test类的类加载器

        System.out.println(c); 

      ClassLoader c1 = c.getParent();  //获取c这个类加载器的父类加载器

        System.out.println(c1);

      ClassLoader c2 = c1.getParent();//获取c1这个类加载器的父类加载器

        System.out.println(c2);

  }

}

运行结果：

    。。。AppClassLoader。。。

    。。。ExtClassLoader。。。

    Null

注： 。。。表示省略了内容

    可以看出Test是由AppClassLoader加载器加载的，AppClassLoader的Parent 加载器是ExtClassLoader 但是ExtClassLoader的Parent为 null 是怎么回事呵，朋友们留意的话，前面有提到Bootstrap Loader是用C++语言写的，依java的观点来看，逻辑上并不存在Bootstrap Loader的类实体，所以在java程序代码里试图打印出其内容时，我们就会看到输出为null。

    类装载器ClassLoader（一个抽象类）描述一下JVM加载class文件的原理机制

    类装载器就是寻找类或接口字节码文件进行解析并构造JVM内部对象表示的组件，在java中类装载器把一个类装入JVM，经过以下步骤：

1、装载：查找和导入Class文件

2、链接：其中解析步骤是可以选择的

（a）检查：检查载入的class文件数据的正确性

（b）准备：给类的静态变量分配存储空间

（c）解析：将符号引用转成直接引用

3、初始化：对静态变量，静态代码块执行初始化工作

类装载工作由ClassLoder和其子类负责。JVM在运行时会产生三个ClassLoader：根装载器，ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader，其中根装载器不是ClassLoader的子类，由C++编写，因此在java中看不到他，负责装载JRE的核心类库，如JRE目录下的rt.jar,charsets.jar等。ExtClassLoader是ClassLoder的子类，负责装载JRE扩展目录ext下的jar类包；AppClassLoader负责装载classpath路径下的类包，这三个类装载器存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。默认情况下使用AppClassLoader装载应用程序的类

   Java装载类使用“全盘负责委托机制”。“全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入；“委托机制”是指先委托父类装载器寻找目标类，只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全方面考虑的，试想如果一个人写了一个恶意的基础类（如java.lang.String）并加载到JVM将会引起严重的后果，但有了全盘负责制，java.lang.String永远是由根装载器来装载，避免以上情况发生

    除了JVM默认的三个ClassLoder以外，第三方可以编写自己的类装载器，以实现一些特殊的需求。类文件被装载解析后，在JVM中都有一个对应的java.lang.Class对象，提供了类结构信息的描述。数组，枚举及基本数据类型，甚至void都拥有对应的Class对象。Class类没有public的构造方法，Class对象是在装载类时由JVM通过调用类装载器中的defineClass()方法自动构造的