学习类加载之前我们先看看从面试官的角度会问哪些问题？带着问题学习会更加高效。

直击面试

  1. 看你简历写得熟悉 JVM，那你说说类的加载过程吧？
  2. 我们可以自定义一个 String 类来使用吗？
  3. 什么是类加载器，类加载器有哪些？这些类加载器都加载哪些文件？
  4. 多线程的情况下，类的加载为什么不会出现重复加载的情况？
  5. 什么是双亲委派机制？它有啥优势？可以打破这种机制吗？

类加载子系统

类加载机制概念

Java 虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型，这就是虚拟机的加载机制。Class 文件由类装载器装载后，在 JVM 中将形成一份描述 Class 结构的元信息对象，通过该元信息对象可以获知 Class 的结构信息：如构造函数，属性和方法等，Java 允许用户借由这个 Class 相关的元信息对象间接调用 Class 对象的功能，这里就是我们经常能见到的 Class 类。

类加载子系统作用

类加载器 ClassLoader 角色

  1. class file 存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM 当中来根据这个文件实例化出 n 个一模一样的实例
  2. class file 加载到 JVM 中，被称为 DNA 元数据模板，放在方法区
  3. 在 .calss 文件 -> JVM -> 最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具（类装载器），扮演一个快递员的角色

类加载过程

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载七个阶段。(验证、准备和解析又统称为连接，为了支持 Java 语言的运行时绑定，所以解析阶段也可以是在初始化之后进行的。以上顺序都只是说开始的顺序，实际过程中是交叉的混合式进行的，加载过程中可能就已经开始验证了)


(资料图片仅供参考)

1. 加载（Loading）：

  1. 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流
  2. 将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
  3. 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

加载 .class 文件的方式

2. 连接（Linking）

验证（Verify）

准备（Prepare）

数 据 类 型 零 值
int0
long0L
short(short)0
char"\u0000"
byte(byte)0
booleanfalse
float0.0f
double0.0d
referencenull
private static int i = 1;  //变量i在准备阶只会被赋值为0，初始化时才会被赋值为1private final static int j = 2;  //这里被final修饰的变量j，直接成为常量，编译时就会被分配为2

解析（Resolve）

3. 初始化（Initialization）

public class ClassInitTest{  private static int num1 = 30;  static{    num1 = 10;    num2 = 10;     //num2写在定义变量之前，为什么不会报错呢？？    System.out.println(num2);   //這裡直接打印可以吗？ 报错，非法的前向引用，可以赋值，但不可调用  }  private static int num2 = 20;  //num2在准备阶段就被设置了默认初始值0，初始化阶段又将10改为20  public static void main(String[] args){    System.out.println(num1);  //10    System.out.println(num2);   //20  }}

类的主动使用和被动使用

Java 程序对类的使用方式分为：主动使用和被动使用。虚拟机规范规定有且只有 5 种情况必须立即对类进行“初始化”，即类的主动使用。

除以上五种情况，其他使用 Java 类的方式被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。

例如:

public class NotInitialization {    public static void main(String[] args) {         //只输出SupperClass int 123,不会输出SubClass init        //对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化        System.out.println(SubClass.value);     }}class SuperClass {    static {        System.out.println("SupperClass init");    }    public static int value = 123;}class SubClass extends SuperClass {    static {        System.out.println("SubClass init");    }}

类加载器

启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

扩展类加载器（Extension ClassLoader）

应用程序类加载器（也叫系统类加载器，AppClassLoader）

public class ClassLoaderTest {    public static void main(String[] args) {        //获取系统类加载器        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();        System.out.println(systemClassLoader);  //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@135fbaa4        //获取其上层：扩展类加载器        ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();        System.out.println(extClassLoader);  //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@2503dbd3        //再获取其上层：获取不到引导类加载器        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();        System.out.println(bootstrapClassLoader);     //null        //对于用户自定义类来说，默认使用系统类加载器进行加载，输出和systemClassLoader一样        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();        System.out.println(classLoader);  //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@135fbaa4        //String 类使用引导类加载器进行加载。Java的核心类库都使用引导类加载器进行加载，所以也获取不到        ClassLoader classLoader1 = String.class.getClassLoader();        System.out.println(classLoader1);  //null        //获取BootstrapClassLoader可以加载的api的路径        URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();        for (URL url : urls) {            System.out.println(url.toExternalForm());        }    }}

用户自定义类加载器

在 Java 的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由 3 种类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定义类加载器，来定制类的加载方式

为什么要自定义类加载器？

用户自定义加载器实现步骤

  1. 开发人员可以通过继承抽象类 java.lang.ClassLoader 类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求
  2. 在 JDK1.2 之前，在自定义类加载器时，总会去继承 ClassLoader 类并重写 loadClass() 方法，从而实现自定义的类加载类，但是 JDK1.2 之后已经不建议用户去覆盖 loadClass() 方式，而是建议把自定义的类加载逻辑写在 findClass() 方法中
  3. 编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承 URLClassLoader 类，这样就可以避免自己去编写 findClass() 方法及其获取字节码流的方式，使自定义类加载器编写更加简洁

ClassLoader 常用方法

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）

方法描述
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java.lang.Class类的实例
findClass(String name)
findLoadedClass(String name)查找名称为name的已经被加载过的类，返回java.lang.Class类的实例
defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)把字节数组b中内容转换为一个Java类，返回java.lang.Class类的实例
resolveClass(Class c)连接指定的一个Java类

对类加载器的引用

JVM 必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么 JVM 会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM 需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

双亲委派机制

Java 虚拟机对 class 文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类的时候才会将它的 class 文件加载到内存生成 class 对象。而且加载某个类的 class 文件时，Java 虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交给父类处理，它是一种任务委派模式。

工作过程

优势

在 JVM 中表示两个 class 对象是否为同一个类存在两个必要条件：

沙箱安全机制

如果我们自定义 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，而引导类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。这样就可以保证对 java 核心源代码的保护，这就是简单的沙箱安全机制。

破坏双亲委派模型

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