JVM的類加載機制

• • 一、類的生命周期
  • 二、類加載的過程
  • • 1.加載
    • 2.連接
    • 3.初始化
  • 三、類加載器的介紹
  • • 3.1 啟動類加載器（根類加載器/引導類加載器）（Bootstrap ClassLoader）
    • 3.2 擴展類加載器
    • 3.3 系統類加載器
  • 四、雙親委派模型
  • • 4.1 雙親委派模型的優點
    • 4.2 雙親委派模型的破壞

一、類的生命周期

對于一個類來說，它的生命周期是這樣的:

當程序主動使用某個類時，如果該類還未被加載到內存中，則JVM會通過加載、連接、初始化三個步驟對該類進行初始化。所以將這三個步驟稱為類加載。
其中連接又分為三步：驗證、準備、解析。

下面我們來仔細了解一下類加載的過程：

二、類加載的過程

1.加載

加載是將類的class文件讀入到內存，并將這些靜態數據轉換成方法區中的運行時數據結構，并在堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區類數據的訪問入口，這個過程需要類加載器參與。

2.連接

當類被加載之后，系統會為之生成一個對應的Class對象，接著將會進入連接階段，連接階段負責把類的二進制數據合并到JRE中（意思就是將java類的二進制代碼合并到JVM的運行狀態中）。

類連接又可分為以下三個階段：

驗證：確保加載的類信息是否符合JVM規范，有沒有安全方面的問題。主要驗證是否符合Class文件格式規范，并且是否能被當前的虛擬機加載處理。

準備：正式為類中定義的變量（靜態變量）分配內存并設置類變量默認初始值階段，這些內存都將再方法區中進行分配。

解析：虛擬機常量池的符號引用替換成直接引用的過程，也就是初始化變量的過程。 符號引用：是一組符號來描述所引用的目標，符號可以是任何的字面形式的字面量，只要不會出現沖突能夠定位到就行。布局和內存無關。 直接引用：是指向目標的指針，偏移量或者能夠直接定位的句柄，該引用是和內存中的布局有關的，并且一定加載進來的。

3.初始化

初始化是為類的靜態變量賦予正確的初始值，準備階段和初始化階段看似有點矛盾，其實不然。 比如這樣的一句代碼：private static int a=10；，在準備階段給a賦值是int類型的默認初始值0，到初始化這一階段才會把a真正的值10賦給它。

三、類加載器的介紹

類加載器就是在類加載階段實現“通過一個類的全限定名（包名+類名）來獲取類的二進制字節流”這個動作的。

3.1 啟動類加載器（根類加載器/引導類加載器）（Bootstrap ClassLoader）

它用來加載Java的核心類，是用原生代碼來實現的，并不繼承自java.lang.ClassLoader.由于啟動類加載器涉及到虛擬機本地實現細節，開發者無法直接獲取到啟動類加載器的引用，所以不允許直接通過引用進行操作。負責加載擴展類加載器和系統類加載器，并為他們的指定父類加載器。

3.2 擴展類加載器

由Java語言編寫的，派生于ClassLoader類，上層類加載器為啟動類加載器。它負責加載JRE/lib/ext目錄下的類。

3.3 系統類加載器

Java語言編寫，派生于ClassLoader類，上層類加載器為擴展類加載器。負責加載我們自己定義的類。

四、雙親委派模型

工作原理：如果一個類加載器收到了類加載請求，它并不會自己先去加載，而是把這個請求委托給父類加載器去執行，如果費雷加載器還存在其父類加載器，則進一步向上委托，一次遞歸，請求最終將到達頂層的啟動類加載器。如果父類加載器可以完成類加載任務，就成功返回，如果父類加載器無法完成此加載任務，子加載器才會嘗試自己去加載，這就是雙親委派模式。
也就是每個兒子都很懶，每次有活交給父親去干，直到父親說這件事我也干不了的時候，兒子才自己想辦法。

4.1 雙親委派模型的優點

• 避免類的重復加載：比如A類和B類都有一個父類C類，那么A啟動時就會將C類加載起來，那么B類進行加載的時候就不需要重復加載C類了。
• 安全性：使用雙親委派模型可以保證Java核心API不被篡改。假設通過網絡傳遞一個名為java.lang.Integer的類，通過雙親委派莫辛納甘傳遞到啟動類加載器，而啟動類加載器在核心Java API發現這個名字的類，發現該類已經被加載了，并不會重新加載網絡傳遞過來的java.lang.Integer類，而是直接返回已加載過的Integer.class，這樣便可以防止核心API庫被隨便篡改。

4.2 雙親委派模型的破壞

雙親委派模型的弊端：不能向下委派，不能不委派。
那么我們要打破雙親委派模型：也就是能向下委派和不委派。

向下委派：SPI機制

SPI機制
SPI機制是一種服務發現機制。它通過在ClassPath路徑下的META-INF/services文件夾查找文件，自動加載文件里定義的類。這一機制為很多框架擴展提供了可能，比如在JDBC中就使用到了SPI機制。

SPI機制如何打破雙親委派模型：
在某些情況下父類加載器需要委托子類加載器去加載class文件。受加載范圍的限制，父類加載器無法加載到需要的文件。
以Drive接口為例，DriverManger通過啟動類加載器加載進來，而com.mysql.jdbc.Driver是通過系統類加載器加載進來的。由于雙親委派模型父類加載器是拿不到通過子加載器加載的類的。這個時候就需要啟動類加載器來委托子類加載器來加載Driver實現，從而破壞了雙親委派模型。

總結

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