深入理解 Java 虚拟机之类加载机制篇，秋招 java 后端面试

? 图中，虽然加载、验证、准备、初始化和卸载这 5 个阶段的顺序是确定的，但是类的加载过程并不是一定会按照这些顺序执行的，这些阶段都是互相交叉地混合式进行的，通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段；解析阶段在某些情况下可以在初始化阶段进行时，再进行解析，为了能够满足 Java 语言的运行时绑定（动态绑定）

? Java 虚拟机规范并没有强制确定类加载过程的第一个阶段是加载，这主要取决于虚拟机的具体实现。但对于初始化阶段，虚拟机规范明确规定了面临这以下 5 种情况时，必须对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：

1. 当遇到new、getstatic、putstatic?或?invokestatic?这 4 条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。这 4 条字节码指令的应用场景主要有：使用 new 关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被 final 修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法时。

2. 使用?java.lang.reflect?包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要触发其初始化。

3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。

4. 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main() 方法的那个类），虚拟机会先初始化这个类。

5. 当使用 JDK1.7 的动态语言支持时，如果一个?`java.lang.in

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voke.MethodHandle?实例最后的解析结果?REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic`?的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

对于这 5 种能触发初始化的特殊场景，这些场景的行为统称为对一个类进行主动引用，除此之外，所有引用类的方法都不会触发初始化，称为被动引用。并且，对于上述第 3 点：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了；但是一个接口在初始化时，并不强制要求其全部父接口都完成了初始化，只有等到真正使用到具体的父接口的时候（如引用接口中定义的静态常量等）才会进行触发对应的父接口初始化。

类加载器

概述

? 虚拟机设计团队把类加载阶段中的**“通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流”这个动作方法放到 Java 虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类，实现这个动作的代码模块就被称为“类加载器”**。

? 类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在 Java 程序中起到的作用却远远不止于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在 Java 虚拟机中的唯一性，每一个类加载器都拥有一个独立的类名称空间。或者说，比较两个类是否相等，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义。否则的话，即使这两个类来源于同一个 Class 文件，被同一个虚拟机加载，但只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。这里说的**“相等”**，包括代表类的 Class 对象的 equals() 方法、isAssignableFrom() 方法、isInstance() 方法的返回结果，也包括使用 instanceof 关键字做对象所属关系判定等情况。

双亲委派模型

? 从 Java 虚拟机角度来说，类加载器主要分两种：一种为启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），是使用 C++语言进行编写的，属于虚拟机中的一部分；另一种就是所有其他类加载器，这些类加载器都由 Java 语言实现，是独立于虚拟机外部的，都继承自抽象类?java.lang.ClassLoader。接下来讲讲，Java 中用的最多的三种类加载器。

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器负责将存放在?<JAVA_HOME>\lib?目录中的，或者被?-Xbootclasspath?参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如 re.jar ，名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被 Java 程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器，那直接使用 null 即可。

• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现，它负责加载?<JAVA_HOME>\lib\ext?目录中的或被?java.ext.dirs?系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。由于这个类加载器是?ClassLoader?中的?getSystemClassLoader()?方法的返回值，所以也称为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般就会指定该类加载器为程序中默认的类加载器。

除了这 3 个类加载器之外，我们还可以自定义自己的类加载器。类加载器之间的关系如下图：

? 以上展示的类加载器之间的这种层次关系，称为类加载器的双亲委派模型（Parents Delegation Model）。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有本身的父级类加载器。这里的类加载器之间的父子关系一般不会以继承（Inheritance）的关系来实现，而是都使用组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

? 双亲委派模型的工作流程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是将这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

? 使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，Java 类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层级关系。例如类 Java.lang.Object，它存放在 rt.jar 之中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是要委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此 Object 类在程序的各种类加载器环境中都属于同一个类。如果没有采用双亲委派模型，让各个类加载器自行去加载的话，假设用户自定义了一个 java.lang.Object 的类，并同时放在程序的 ClassPath 中，那么系统将存在多个不同实现的 Object 类，应用程序就会变得一片混乱。

? 从上图中我们也可以看到，存在着两个自定义类加载器；实现自定义类加载器的步骤：继承 ClassLoader，重写 findClass() 方法，调用 defineClass() 方法。

自定义类加载器的应用场景：

1. 隔离加载类。在某些框架内进行中间件与应用的模块分离，把类加载到不同的环境。

2. 修改类加载方式。类的加载模型并非强制，除 Bootstrap 外，其他的加载并非一定要引入，或者根据实际情况在某个时间点进行按需进行动态加载。

3. 扩展加载源。比如从数据库、网络中进行加载。

4. 防止源码泄露。Java 代码容易被编译和篡改，可以进行编译加密。

? 双亲委派模型在 Java 程序中发挥着很大的作用，并且实现起来相对简单，双亲委派的实现代码都编写在?java.lang.ClassLoader?的?loadClass()?方法里面。实现逻辑是：首先会先去检查类是否被加载过，倘若没有加载就会调用父加载器的?loadClass()?方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载器加载失败，就会抛出?ClassNotFoundException?异常，最后就会调用自己的?findClass()?方法进行加载。下面看下?loadClass()?源码方法的简要实现：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)

throws ClassNotFoundException

{

synchronized (getClassLoadingLock(name)) {

// 首先，检查类是否已经加载

Class<?> c = findLoadedClass(name);

if (c == null) {