ClassLoader 中除了“双亲委派”，这些细节更应该了解

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提到 ClassLoader，最先想到的一定是“双亲委派”了，加载类时优先使用父类加载器（parent classloader），不过除了这个委托模型之外，还有很多细节值得研究

加载时机

除了显示调用 ClassLoader.loadClass 进行加载 Class 之外，JVM 在下面的5种场景下，也会执行加载 Class 的操作（由 JVM 调用 ClassLoader.loadClassInternal）

使用 new 关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
当使用 JDK 1.7 的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

以上几种加载时机，统称为主动引用的方式；除此之外，其他引用类的方式都不会被触发 Class 的加载

比如下面这种情况，就不属于主动引用，不会进行类的加载

public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        //根据场景1，读取的是常量，不会造成类的初始化
        System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
    }
}
class ConstClass{

    static final String HELLOWORLD = "hello world";

    static {
        System.out.println("ConstClass init!");
    }
}

Class.forName

通过 Class.forName 的形式，可以进行进行类的加载，不过这里使用的是调用者（caller）的类加载器，也就是发起Class.forName 方法调用的类的类加载器

public static Class<?> forName(String className)
                throws ClassNotFoundException {
    //获取caller Class
    Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
    return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller);
}

类加载器的“传递性”

首先说一下两个概念，定义加载器（defining loader） 和 初始加载器（initiating loader）

现有一个 ClassLoader A，如果通过A直接定义（而不是在A内委托 parent classLoader 加载）了一个 Class X，那么称 ClassLoader A 是 Class X 的定义加载器，也称 ClassLoader A定义了 Class X

当一个 ClassLoader 委托 parent classLoader 进行加载某类（loadClass），那么此时 loadClass 的 classLoader 和实际上 defineClass 的 parent classLoader 其实并不是同一个

现有一个 ClassLoader B，通过 ClassLoader B 的 loadClass 方法加载 Class Y，无论ClassLoader B 是直接 define了Class Y，还是委托 parent classLoader 去 define 了Class Y，那么 ClassLoader B 都是 Class Y的 初始类加载器。

只不过如果 Class Y 是由 ClassLoader B 直接加载的，那么 Class Y的定义加载器和初始加载器 都是ClassLoader B；如果是委托父类 parent classLoader C加载的，那么定义加载器就是ClassLoader C，而初始加载器就是 ClassLoader B

如下图所示，对于被加载的Class X来说，ClassLoader A就是初始加载器，而实际上 ClassLoader A是委托了 ClassLoader B 去完成 define 的，所以 ClassLoader B 是定义加载器

使用 Class.forName 这种形式加载的 Class，实际上也是使用调用者（caller）的定义加载器

这段虽然像绕口令一样……但这也是 ClassLoader 的关键，ClassLoader 的传递特性非常重要

对于上面提到的 “主动引用” 方式的加载Class，在加载机制上有一些细节需要注意：

JVM在解释 Class 时实际上是 “惰性加载” 的，在解释执行的行遇到引用后才会解析引用的 Class；比如在方法体中调用了某类，只有在执行到这一行时才会进行加载
对于同一个 ClassLoader 实例来说，在当前 Class 中没有加载过的 Class，会使用发起引用类的定义加载器（而不是 system ClassLoader） 进行加载
如果一个 ClassLoader 中已经加载过某个 Class，那么就不会再加载（连 loadClass 都不会调用）；比如 Class A里引用了 Class X 和 Class B，Class B 里也引用了 Class X，那么在执行 Class B 时，不会再发生 loadClass(X) 的操作

根据上面几个特点，自定义 ClassLoader 就比较简单了，比如 Spring Boot 提供的可执行Jar（Executable Jar）的 ClassLoader 实现中：

只需要创建一个负责加载 jar 包内 jar 包的 ClassLoader（org.springframework.boot.loader.JarLauncher），然后入口类中通过该 ClassLoader 去加载我们代码中的 Main-Class 即可，这样就可以做到加载 jar 包中的 jar 包了：

public void run() throws Exception {
    //通过前面设置的“负载加载jar包内jar包的ClassLoader”，去加载我们程序中的main类
    Class<?> mainClass = Thread.currentThread().getContextClassLoader()
        .loadClass(this.mainClassName);
    Method mainMethod = mainClass.getDeclaredMethod("main", String[].class);
    mainMethod.invoke(null, new Object[] { this.args });
}

参考

blogs.oracle.com/sundararaja…
docs.oracle.com/javase/spec…
《深入理解Java虚拟机: JVM 高级特性与最佳实践(第2版)》 - 周志明著

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ClassLoader 中除了“双亲委派”，这些细节更应该了解

加载时机

Class.forName

类加载器 的“传递性”

参考

类加载器的“传递性”