类加载器

类的加载概述

我们编写的“.java”扩展名的源代码文件中存储着要执行的程序逻辑，这些文件需要经过java编译器编译成“.class”文件，".class"文件中存放着编译后虚拟机指令的二进制信息。当需要用到某个类时，虚拟机将会加载它，并在内存中创建对应的class对象，这个过程称之为类的加载。一个类的生命周期从类被加载、连接和初始化开始，只有在虚拟机内存中，我们的java程序才可以使用它。整个过程如下图所示：

类的加载、连接和初始化

当Java程序中需要使用到某个类时，虚拟机会保证这个类已经被加载、连接和初始化。而连接又包含验证、准备和解析这三个子过程，这个过程必须严格的按照顺序执行。

类的加载

通过类的完全限定名（包名和类名）查找此类的字节码文件，把类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，并存放在运行时数据区的方法区内。然后利用字节码文件创建一个Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构并存放在堆区内。这个过程是由类加载器完成的，我们后面会进行详细讲解。

连接

• 验证：确保被加载类的正确性。class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机要求，不会危害虚拟机自身安全。

• 准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。此阶段仅仅只为静态类变量（即static修饰的字段变量）分配内存，并且设置该变量的初始值。（比如 static int num=5,这里只将num初始化为0，5的值将会在初始化时赋值）。对于final static修饰的变量，编译的时候就会分配了，也不会分配实例变量的内存。

• 解析：把类中的符号引用转换为直接引用。符号引用就是一组符号来描述目标，而直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。（可参考“虚拟机指令”相关内容）

初始化

类加载最后阶段，若该类具有父类，则先对父类进行初始化，执行静态变量赋值和静态代码块代码，成员变量也将被初始化。

类加载器

类的加载是由类加载器完成的。类加载器可以分为两种：第一种是Java虚拟机自带的类加载器，分别为启动类加载器、扩展类加载器和系统类加载器。第二种是用户自定义的类加载器，是java.lang.ClassLoader的子类实例。

虚拟机内置加载器

根类加载器（Bootstrap）

根类加载器是最底层的类加载器，是虚拟机的一部分，它是由C++语言实现的，且没有父加载器，也没有继承java.lang.ClassLoader类。它主要负责加载由系统属性“sun.boot.class.path”指定的路径下的核心类库（即<JAVA_HOME>jrelib），出于安全考虑，根类加载器只加载java、javax、sun开头的类。

/**
 * @author WGR
 * @create 2020/4/26 -- 20:38
 */
public class ClassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = Object.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader); //根类加载器打印出来的结果是null

    }
}

扩展类加载器（Extension）

扩展类加载器是指由原SUN公司实现的sun.misc.Launcher类（是​PlatformClassLoader类），它是由java语言编写，父加载器是根类加载器。负责加载<JAVA_HOME>jrelibext目录下的类库或者系统变量"java.ext.dirs"指定的目录下的类库。

以下是ExtClassLoader加载目录源码：

private static File[] getExtDirs() {
     String s = System.getProperty("java.ext.dirs");
     File[] dirs;
     if (s != null) {
         StringTokenizer st =
             new StringTokenizer(s, File.pathSeparator);
         int count = st.countTokens();
         dirs = new File[count];
         for (int i = 0; i < count; i++) {
             dirs[i] = new File(st.nextToken());
         }
     } else {
         dirs = new File[0];
     }
     return dirs;
 }

public static void main(String[] args) {
        //DNSNameService类位于dnsns.jar包中，它存在于jre/lib/ext目录下
        ClassLoader cl = DNSNameService.class.getClassLoader();
        System.out.println(cl);//打印结果sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
    }

系统类加载器（System）

系统类加载器也称之为应用类加载器，也是纯java类，是原SUN公司实现的sun.misc.Launcher类（是​AppClassLoader）。它的父加载器是扩展类加载器。它负责从classpath环境变量或者系统属性java.class.path所指定的目录中加载类。它是用户自定义的类加载器的默认父加载器。一般情况下，该类加载器是程序中默认的类加载器，可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()直接获得。

public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
    }

小结

在程序开发中，类的加载几乎是由上述3种类加载器相互配合执行的，同时我们还可以自定义类加载器。需要注意的是，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时才会将它的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，即把加载类的请求交由父加载器处理，它一种任务委派模式。