虚拟机类加载机制：类加载器

mortal同学
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虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到JVM外部区实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为类加载器。

类与类加载器

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在JVM中的唯一性。也就是说，两个类相等需要类本身相等，并且使用同一个类加载器进行加载。这是因为每一个类加载器都拥有一个独立的类名称空间。

相等，包括类的Class对象的equals()方法，isAssignableFrom()方法，isInstance()方法的返回结果；还包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。

类加载器的作用：将class文件加载进JVM的方法区，并在方法区中创建一个java.lang.Class对象作为外界访问这个类的接口。

JAVA程序使用以下三种类加载器：

  • 启动类加载器：负责加载Java_Home\lib中的class文件。启动类加载器，使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分。其余类加载器都有Java语言实现，独立于虚拟机之外，且继承自java.lang.ClassLoader类。
  • 扩展类加载器：负责加载Java_Home\lib\ext目录下的class文件。
  • 应用程序类加载器：负责加载用户classpath下的class文件。如果应用程序中没有自定义类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
  • 绝大部分应用程序都是有这三种类加载器加载的，有必要的话还可以加入自己定义的类加载器。

双亲委派模型

上图所示的类加载器之间的层次关系，称为类加载器的双亲委派模型。该模型要求除了顶层的启动类加载器之外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系实现，而是使用组合关系来复用父加载器的代码。

它不是一个强制性的约束模型，而是Java设计者推荐给开发者的一种类加载实现方式。

工作过程：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器区完成，每层都是如此，因此最终所有加载请求都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求，子加载器才会尝试自己去加载。

好处：Java类随着他的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，从而使得基础类得到统一（如java.lang.Object使用启动类加载器，保证了Object类的统一）

双亲委派模型的实现：在java.lang.ClassLoader中，loadClass()方法运行过程如下：先检查类是否已经加载过，如果没有则让父类加载器去加载。当父类加载器加载失败抛出ClassNotFoundException,此时尝试自己去加载。

public abstract class ClassLoader{
    private final ClassLoader parent;
    
    public Class<?> loadClass(String name)throws ClassNotFoundException{
        return loadClass(name, false);
    }
        
     protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    //如果父类抛出该异常，说明父类加载器无法完成加载请求
                }

                if (c == null) {
                    // 父类加载器无法加载的时候，再调用本身的findClass方法来进行类加载
                    c = findClass(name);
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
}

参考资料

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