Java_类加载器

小程一言

本专栏是对Java知识点的总结。在学习Java的过程中，学习的笔记，加入自己的思考，结合各种资料的整理。

文章与程序一样，一定都是不完美的，因为不完美，才拥有不断追求完美的动力

类加载器的基础

首先要明确类加载器的职责就是加载类。当JVM启动时，系统会使用类加载器将必要的类（如java.lang.*类库）加载到内存中。Java中的类加载器是递归结构，遵循“双亲委派模型”。

双亲委派模型

核心思想

当一个类加载器接到加载类的请求时，它不会立即去加载该类，而是先将请求委派给它的父类加载器。只有当父类加载器无法完成加载时，子类加载器才会尝试自己加载。

优势

它保证了Java的核心类库（如java.lang.String）始终由系统的启动类加载器来加载，避免了“重复加载”问题，并增加了类加载的安全性。

双亲委派模型的加载顺序：

1. 启动类加载器
2. 扩展类加载器
3. 系统类加载器
4. 自定义类加载器
   

各类加载器的职责

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载JVM的核心类库，如java.lang.*包中的类。它是Java中最底层的类加载器，通常由C或C++编写，并且由JVM本身提供。

• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载jre/lib/ext目录下的类或JVM扩展目录中的类。它的父类是启动类加载器。

• 系统类加载器（System ClassLoader）：负责加载应用程序的类路径（Classpath）中指定的类。它通常是由用户定义的类所在的目录、JAR包等。

• 自定义类加载器（Custom ClassLoader）：由开发者自定义的类加载器，可以扩展现有的类加载器，来加载类文件、网络上的类、数据库中的类等。

类加载器的工作流程

类加载器的工作流程可以简单分为以下几个步骤：

1. 加载：类加载器根据类名，查找并读取相应的字节码文件（.class文件）。
2. 验证：JVM会验证字节码文件的有效性，确保它符合Java的语言规范。
3. 准备：为类的静态字段分配内存，并为它们赋默认值（如null、0等）。
4. 解析：将类中的符号引用转换为直接引用，主要是指将常量池中的符号，如类名、字段名、方法名等，解析为内存地址。
5. 初始化：执行类的静态初始化代码（如静态变量的初始化和静态块的执行）。
   

举例：如何在Java中使用类加载器

启动类加载器、扩展类加载器与系统类加载器

public class ClassLoaderExample {public static void main(String[] args) {// 获取当前类加载器ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();System.out.println("系统类加载器：" + systemClassLoader);// 获取扩展类加载器ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();System.out.println("扩展类加载器：" + extClassLoader);// 获取启动类加载器ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();System.out.println("启动类加载器：" + bootstrapClassLoader);}
}

输出

系统类加载器：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
扩展类加载器：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@5e91993f
启动类加载器：null

解释

• 系统类加载器是由ClassLoader.getSystemClassLoader()返回的，它是JVM默认的类加载器。
• 扩展类加载器是系统类加载器的父加载器，它负责加载JVM的扩展库。
• 启动类加载器是扩展类加载器的父加载器，它负责加载Java的核心库。

自定义类加载器

通过继承ClassLoader类来实现自定义类加载器。假设我们有一个自定义的MyClassLoader，它从特定的目录加载类：

import java.io.*;
public class MyClassLoader extends ClassLoader {private String classPath;public MyClassLoader(String classPath) {this.classPath = classPath;}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {String path = classPath + name.replace('.', File.separatorChar) + ".class";File file = new File(path);if (file.exists()) {try (FileInputStream inputStream = new FileInputStream(file)) {byte[] bytes = new byte[(int) file.length()];inputStream.read(bytes);return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}return super.findClass(name);}public static void main(String[] args) throws Exception {MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("path/to/classes/");// 使用自定义类加载器加载类Class<?> clazz = myClassLoader.loadClass("com.example.MyClass");System.out.println("加载的类： " + clazz.getName());}
}

本例中，定义了一个MyClassLoader，它从指定的路径加载类文件。当你调用loadClass()时，它会尝试使用findClass()方法加载类。如果找不到，系统类加载器会被调用。

例如，在使用自定义类加载器加载完类后，如果不再需要这些类，类加载器本身也会被垃圾回收，类将被卸载。类卸载通常发生在类加载器不再有任何引用，并且类加载器本身被回收时。

类加载器与类冲突

有时会遇到不同的类加载器加载同一个类的情况。如下：

public class TestClass {public void printMessage() {System.out.println("Hello from TestClass!");}public static void main(String[] args) throws Exception {MyClassLoader myClassLoader1 = new MyClassLoader("path/to/classes/");MyClassLoader myClassLoader2 = new MyClassLoader("path/to/classes/");Class<?> clazz1 = myClassLoader1.loadClass("TestClass");Class<?> clazz2 = myClassLoader2.loadClass("TestClass");System.out.println("clazz1 == clazz2: " + (clazz1 == clazz2));}
}

在这个例子中，我们创建了两个不同的MyClassLoader，并用它们分别加载TestClass类。由于每个MyClassLoader加载的是不同的TestClass实例，clazz1 == clazz2将会输出false，表明它们是不同的类。

总结

• Java的类加载器机制确保了类的加载、验证、链接和初始化的顺序。
• 类加载器采用双亲委派模型，从而保证了系统类库的统一加载，避免了类的重复加载。
• 你可以通过继承ClassLoader类来自定义类加载器，控制类的加载过程。
• 类加载器的生命周期与JVM的生命周期相匹配，因此类会在合适的时候被卸载，防止内存泄漏。