JVM(6)类加载器

加载步骤中虚拟机需要完成以下三件事:
1、通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
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。
其中实现“通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流”这个步骤的代码模块称为类加载器。

每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。因此,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。

类加载器可以分为:启动类加载器,扩展类加载器,应用程序类加载器,自定义类加载器。这几种类加载器是相关配合进行加载的,他们之间的关系称为双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其他的类加载器都有自己的父类加载器。这些类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现,而是都是使用组合关系来复用父加载器的。

这里写图片描述

启动类加载器:加载<JAVA_HOME>\lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数指定的路径,并且是虚拟机识别的类库。
扩展类加载器:加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的类库。
应用程序加载器:负责加载用户类路径上所指定的类库。如果应用程序没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中的默认类加载器。
如果一个类加载器收到了类加载的请求,先传到父类尝试加载,每次都先依次向上传递,只有当父类加载器反馈无法加载时,子类才会尝试加载。

用双亲委派模型的好处:java类有了优先级的层次关系,保证高层的类是用同一个类加载的,避免混乱。

双亲委派模型的实现代码:

protected synchronized Class<?> loadClass(String name,boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
    //检查请求的类是否被加载过了
    Class c = findLoadedClass(name);
    if(c == null){
        try{
            if(parent != null){
                c = parent.loadClass(name,false);
            }else{
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        }catch(ClassNotFoundException e){
            //如果父类加载器抛ClassNotFoundException异常,说明父类加载器无法完成加载请求
        }
        if(c == null){
            //父加载器无法加载时,再调用自身的findClass方法进行加载
            c = findClass(name);
        }
    }
    if(resolve){
        resolveClass(c);
    }
    return c;
}

JDK中也有破坏双亲委派模型的情况,双亲委派模型并不是一种强制约束模型。

JVM 类加载器是 Java 运行时环境的重要组成部分,负责将类的字节码文件加载到 JVM 中并转换为可执行的类对象。其工作原理和作用在 Java 程序的运行过程中具有核心意义。 ### 类加载器的工作原理 JVM 类加载器采用 **双亲委派机制**(Parent Delegation Model),这是一种层次化的类加载机制。当一个类加载器收到类加载请求时,它不会立即加载该类,而是先将请求委托给其父类加载器进行处理。只有当父类加载器无法加载该类时,子类加载器才会尝试自己加载。这种机制确保了类加载的统一性和安全性,避免了类的重复加载和冲突问题[^1]。 类加载过程主要包括以下三个阶段: 1. **加载**(Loading):查找并加载类的 `.class` 文件,将其转换为 JVM 可识别的二进制字节流。 2. **链接**(Linking):包括验证、准备和解析三个子阶段,确保类的结构正确性,并为类变量分配内存和设置初始值。 3. **初始化**(Initialization):执行类构造器 `<clinit>` 方法,对类的静态变量和静态代码块进行初始化[^1]。 ### 类加载器的类型及其作用 JVM 中存在以下主要的类加载器: #### 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) - 是 JVM 自带的类加载器,由 C++ 实现,不继承 `java.lang.ClassLoader`。 - 负责加载 Java 核心类库(如 `rt.jar` 中的类),例如 `java.lang.String` 和 `java.lang.Object`。 - 在 Java 代码中无法直接获取该类加载器,调用 `ClassLoader.getSystemClassLoader()` 会返回 `null`[^2]。 #### 扩展类加载器(Extension ClassLoader) - 由 Java 编写,继承自 `ClassLoader`。 - 负责加载 JRE 的扩展类库,通常位于 `jre/lib/ext` 目录或由 `java.ext.dirs` 系统属性指定的位置。 - 是应用程序类加载器的父加载器[^3]。 #### 应用程序类加载器(Application ClassLoader) - 也称为系统类加载器,由 Java 编写。 - 负责加载用户类路径(ClassPath)上的类,包括通过 `-classpath` 或 `-cp` 指定的类路径。 - 通常作为程序中默认的类加载器,可以通过 `ClassLoader.getSystemClassLoader()` 获取其实例[^4]。 ### 类加载器的作用 1. **类的加载**:将类的 `.class` 文件加载到 JVM 中,生成对应的 `Class` 对象。 2. **命名空间隔离**:不同类加载器加载的类被视为不同的类,即使它们的类名和字节码完全相同。这种机制有助于实现模块化和隔离性。 3. **安全性保障**:通过双亲委派机制和类加载器的隔离特性,JVM 能够防止恶意代码篡改核心类库。 4. **动态加载**:支持运行时动态加载类,为插件系统、热部署等高级特性提供基础支持[^5]。 ### 示例代码:获取类加载器 ```java public class ClassLoaderDemo { public static void main(String[] args) { // 获取系统类加载器 ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader(); System.out.println("系统类加载器: " + systemClassLoader); // 获取 String 类的类加载器(启动类加载器) ClassLoader stringClassLoader = String.class.getClassLoader(); System.out.println("String 类的类加载器: " + stringClassLoader); // 输出 null // 获取当前类的类加载器(系统类加载器) ClassLoader currentClassLoader = ClassLoaderDemo.class.getClassLoader(); System.out.println("当前类的类加载器: " + currentClassLoader); } } ``` ###
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