java类机制加载制度深度解析（JVM基础篇）

引言

目前工作上大部分都是springboot项目，启动的时候都只需要简单地运行main方法就可以进行启动了。不过当我们用java -jar命令运行启动类的main方法进行启动时，对应的类加载机制以及运行过程是怎么样的呢? (●ˇ∀ˇ●) 容我娓娓道来

java类的加载运行过程

当我们用java命令运行main方法时，类加载器会将主类优先加载至JVM中找不到或无法加载主类，在主类的运行过程中，类加载器会根据主类的需要，逐步的将使用到的类加载至JVM中。

注意：java中的类并不是在jar包启动时全部加载，而是在主类的运行过程中，使用到才会进行加载，很重要

java类的加载到执行过程大概分为以下几步：

加载：通过io流的方式读取硬盘上的class文件，并且将mian方法以及main方法中使用到的类进行加载，并验证class文件中的字节码是否正确准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值（看到这个就知道静态变量的加载优先级了O(∩_∩)O），例如int类型默认值为0找不到或无法加载主类，对象的默认值为null等解析：该阶段会将静态方法名替换为指向数据存储的指针，即静态链接过程初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，并执行静态代码块

类的整体加载流程如下:

加载并验证--->准备---> 解析 --->初始化---> 使用----> 卸载

java类加载器以及其双亲委派机制启动类加载器（使用的是C语言写的，java中不可见）：负责加载jvm运行时需要的核心包，比如javaws.jar、rt.jar，java.lang.String、Long这些java类都是此加载器进行加载扩展类加载器（ExtClassLoader）：负责加载加载jvm运行的扩展包，主要是我们jre/ext文件夹下面的包，这些包应该是java的开发人员当年不敢改动核心包（开发扩展包和核心包的开发人员估计是两个部门的吧吧哈哈哈），又必须加扩展功能时，扩展出来的包应用类加载器（AppClassLoader）：这个就主要是负责加载我们写的那些业务代码啦，加载的是项目classpath目录下的class文件自定义加载器：当以上的三种加载器满足不了我们的要求的时候（比如加载的class文件不在classspath目录下），就需要自定义类加载器来加载了

//加载器示例        
ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);

双亲委派机制效果图

java类加载是存在一种亲子结构的，专业属于双亲委派机制，即类加载器需要加载某个类时，会不断的委托给自己的父类进行类加载工作，直到找到此工作委托给最顶级的类（不存在父类），此时才会开始正式加载类，当顶级类加载不了对应的类后，会不断的委托给自己的子类进行加载，直到加载到目标类为止。语言比较干涩，通过AppClassLoader的源码（省略了和机制无关的代码）来解释一下就清楚了：

//ClassLoader的loadClass方法，里面实现了双亲委派机制
protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 检查当前类加载器是否已经加载了该类
        Class c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {  //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {  //如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {}
            if (c == null) {
                //这里可以看到，如果根加载器和父加载器都无法加载目标类时，就会在当前classpath下寻找目标类
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {  //不会执行
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

保证沙箱安全：java的核心类库不会被修改，保证了核心api功能的正常避免类重复加载：父加载器加载过的内容，子加载器无需加载，保证了类的唯一性自定义类加载器

如果需要自定义类加载器需要继承Classloader类，可以重写findClass（可以自定义从指定的路径读取类文件）、loadClass（可以定义类加载方式，Classloader中的loadclass方法遵循的是双亲委派机制，如果需要打破此机制，需要重写这个方法）

下图中我自定义了loadclass方法，成功加载了非本地classpath下的class文件

自定义classloader

使用自定义classloader加载class

现在我们开始打破双亲委派机制，即使当前项目的classpath存在此class，还是加载指定目录下的class文件，如下图：

自定义loadclass方法

当前classpath下User.class内容

打破双亲委派机制效果图