【JVM】详解类加载机制

JVM的类加载机制

一、类的生命周期
二、类加载的过程
- 1.加载
- 2.连接
- 3.初始化
三、类加载器的介绍
- 3.1 启动类加载器（根类加载器/引导类加载器）（Bootstrap ClassLoader）
- 3.2 扩展类加载器
- 3.3 系统类加载器
四、双亲委派模型
- 4.1 双亲委派模型的优点
- 4.2 双亲委派模型的破坏

一、类的生命周期

对于一个类来说，它的生命周期是这样的:

当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则JVM会通过加载、连接、初始化三个步骤对该类进行初始化。所以将这三个步骤称为类加载。
其中连接又分为三步：验证、准备、解析。

下面我们来仔细了解一下类加载的过程：

二、类加载的过程

1.加载

加载是将类的class文件读入到内存，并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构，并在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区类数据的访问入口，这个过程需要类加载器参与。

2.连接

当类被加载之后，系统会为之生成一个对应的Class对象，接着将会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中（意思就是将java类的二进制代码合并到JVM的运行状态中）。

类连接又可分为以下三个阶段：

验证：确保加载的类信息是否符合JVM规范，有没有安全方面的问题。主要验证是否符合Class文件格式规范，并且是否能被当前的虚拟机加载处理。
准备：正式为类中定义的变量（静态变量）分配内存并设置类变量默认初始值阶段，这些内存都将再方法区中进行分配。
解析：虚拟机常量池的符号引用替换成直接引用的过程，也就是初始化变量的过程。符号引用：是一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何的字面形式的字面量，只要不会出现冲突能够定位到就行。布局和内存无关。直接引用：是指向目标的指针，偏移量或者能够直接定位的句柄，该引用是和内存中的布局有关的，并且一定加载进来的。

3.初始化

初始化是为类的静态变量赋予正确的初始值，准备阶段和初始化阶段看似有点矛盾，其实不然。比如这样的一句代码：private static int a=10；，在准备阶段给a赋值是int类型的默认初始值0，到初始化这一阶段才会把a真正的值10赋给它。

三、类加载器的介绍

类加载器就是在类加载阶段实现“通过一个类的全限定名（包名+类名）来获取类的二进制字节流”这个动作的。

3.1 启动类加载器（根类加载器/引导类加载器）（Bootstrap ClassLoader）

它用来加载Java的核心类，是用原生代码来实现的，并不继承自java.lang.ClassLoader.由于启动类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。负责加载扩展类加载器和系统类加载器，并为他们的指定父类加载器。

3.2 扩展类加载器

由Java语言编写的，派生于ClassLoader类，上层类加载器为启动类加载器。它负责加载JRE/lib/ext目录下的类。

3.3 系统类加载器

Java语言编写，派生于ClassLoader类，上层类加载器为扩展类加载器。负责加载我们自己定义的类。

四、双亲委派模型

工作原理：如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类加载器去执行，如果费雷加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，一次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器。如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，如果父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。
也就是每个儿子都很懒，每次有活交给父亲去干，直到父亲说这件事我也干不了的时候，儿子才自己想办法。

4.1 双亲委派模型的优点

避免类的重复加载：比如A类和B类都有一个父类C类，那么A启动时就会将C类加载起来，那么B类进行加载的时候就不需要重复加载C类了。
安全性：使用双亲委派模型可以保证Java核心API不被篡改。假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委派莫辛纳甘传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已经被加载了，并不会重新加载网络传递过来的java.lang.Integer类，而是直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随便篡改。

4.2 双亲委派模型的破坏

双亲委派模型的弊端：不能向下委派，不能不委派。
那么我们要打破双亲委派模型：也就是能向下委派和不委派。

向下委派：SPI机制

SPI机制
SPI机制是一种服务发现机制。它通过在ClassPath路径下的META-INF/services文件夹查找文件，自动加载文件里定义的类。这一机制为很多框架扩展提供了可能，比如在JDBC中就使用到了SPI机制。

SPI机制如何打破双亲委派模型：
在某些情况下父类加载器需要委托子类加载器去加载class文件。受加载范围的限制，父类加载器无法加载到需要的文件。
以Drive接口为例，DriverManger通过启动类加载器加载进来，而com.mysql.jdbc.Driver是通过系统类加载器加载进来的。由于双亲委派模型父类加载器是拿不到通过子加载器加载的类的。这个时候就需要启动类加载器来委托子类加载器来加载Driver实现，从而破坏了双亲委派模型。