JVM类加载机制

 一、类加载器

1、概念

•  类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载*.class字节码文件
•  字节码文件开头必须有特定的文件标识, 如果使用二进制文件查看工具打开Java编译得到的字节码文件，会发现，文件开头是：CA FE BA BE 它们都是十六进制数的符号。
• ClassLoader只负责字节码文件的加载，至于它是否可以运行，则由Execution Engine执行引擎决定的
• 加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字字面量（这部分常量信息是字节码文件中常量池部分的内存映射） 

2、分类

JVM 中类加载器分为四种：前三种为虚拟机自带的加载器。

3、父子关系

• - 父子关系1：启动类加载器是扩展类加载器的父加载器
• - 父子关系2：扩展类加载器是应用类加载器的父加载器

 这里的『父子关系』并不是通过子类『继承』父类建立的——不是类型上的父子关系。 而是在子加载器中通过parent属性指向父加载器这样建立的——是对象之间逻辑上的父子关系。

4、通过代码查看类加载器 

// 1.获取Person类的Class对象
// 2.通过Class对象进一步获取它的类加载器对象
ClassLoader appClassLoader = Person.class.getClassLoader();

// 3.获取appClassLoader的全类名
String appClassLoaderName = appClassLoader.getClass().getName();

// 4.打印appClassLoader的全类名
// sun.misc.Launcher$AppClassLoader
System.out.println("appClassLoaderName = " + appClassLoaderName);

// 5.通过appClassLoader获取扩展类加载器（父加载器）
ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();

// 6.获取extClassLoader的全类名
String extClassLoaderName = extClassLoader.getClass().getName();

// 7.打印extClassLoader的全类名
// sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
System.out.println("extClassLoaderName = " + extClassLoaderName);

// 8.通过extClassLoader获取启动类加载器（父加载器）
ClassLoader bootClassLoader = extClassLoader.getParent();

// 9.由于启动类加载器是C语言开发的，在Java代码中无法实例化对象，所以只能返回null值
System.out.println("bootClassLoader = " + bootClassLoader);

二、双亲委派机制

『双亲委派机制』这个名字不能顾名思义。 在中文语境下，双亲是指父母；但是这里实际上是指『爸爸』和『爷爷』。 所以我觉得应该叫：祖孙三代，比拼啃老机制，更贴切

1、机制简介

•   当我们需要加载任何一个范围内的类时，首先找到这个范围对应的类加载器
•  但是当前这个类加载器不是马上开始查找
•  当前类加载器会将任务交给上一级类加载器
•  上一级类加载器继续上交任务，一直到最顶级的启动类加载器
•  启动类加载器开始在自己负责的范围内查找
•  如果能找到，则直接开始加载
•  如果找不到，则交给下一级的类加载器继续查找
•  一直到应用程序类加载器
•  如果应用程序类加载器同样找不到要加载的类，那么会抛出ClassNotFoundException

2、实验1

• 第一步：在与JDK无关的目录下创建Hello.java

public class Hello {
  
  public static void main(String[] args){
    System.out.println("AAA");
  }
  
}

• 第二步：编译Hello.java
• 第三步：将Hello.class文件移动到$JAVA_HOME/jre/classes目录下
• 第四步：修改Hello.java

public class Hello {
  
  public static void main(String[] args){
    System.out.println("BBB");
  }
  
}

• 第五步：编译Hello.java
• 第六步：将Hello.class文件移动到$JAVA_HOME/jre/lib/ext/classes目录下
• 第七步：修改Hello.java

public class Hello {
  
  public static void main(String[] args){
    System.out.println("CCC");
  }
  
}

• 第八步：编译Hello.java
• 第九步：使用java命令运行Hello类，发现打印结果是：AAA,说明Hello这个类是被启动类加载器找到的，找到以后就不查找其他位置了
•  第十步：删除$JAVA_HOME/jre/classes目录
•  第十一步：使用java命令运行Hello类，发现打印结果是：BBB, 说明Hello这个类是被扩展类加载器找到的，找到以后就不查找其他位置了
•  第十二步：删除$JAVA_HOME/jre/lib/ext/classes目录
•  第十三步：使用java命令运行Hello类，发现打印结果是：CCC, 说明Hello这个类是被应用程序类加载器找到的

实验2 

• 第一步：创建假的String类

package java.lang;

public class String {

    public String() {
        System.out.println("嘿嘿，其实我是假的！");
    }

}

• 第二步：编写测试程序类

    @Test
    public void testLoadString() {

        // 目标：测试不同范围内全类名相同的两个类JVM如何加装
        // 1.创建String对象
        java.lang.String testInstance = new java.lang.String();

        // 2.获取String对象的类加载器
        ClassLoader classLoader = testInstance.getClass().getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
    }

•   第三步：查看运行结果是null， 假的String类并没有被创建对象，由于双亲委派机制，启动类加载器加载了真正的String类

双亲委派机制的好处：

1. 避免类的重复加载：当父类加载器已经加载了某个类时，子类加载器就不再需要重复加载该类，从而避免了类的重复加载问题。

2. 防止核心API被篡改：由于Java的核心API是由启动类加载器加载的，因此可以保证这些API的安全性和一致性，防止被恶意代码篡改。

3. 促进类加载器的组织和设计：通过双亲委派机制，Java类加载器形成了一个层次化结构，每个类加载器都有其特定的加载范围和优先级，这种组织和设计方式为Java应用程序提供了更灵活和可扩展的架构。

总之，Java的双亲委派机制可以有效地确保类的安全和一致性，促进类加载器的合理组织和设计，使得Java应用程序具有更高的可靠性、安全性和可扩展性。

 参考文章