Java类加载(ClassLoader)学习了吗

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一、类的生命周期

类的生命周期主要有以下阶段:

  1. 加载(Loading):找 Class 文件
  2. 验证(Verification):验证格式、依赖
  3. 准备(Preparation):静态字段、方法表
  4. 解析(Resolution):符号解析为引用
  5. 初始化(Initialization):构造器、静态变量赋值、静态代码块
  6. 使用(Using)
  7. 卸载(Unloading)

image.png

二、类的加载时期

类的加载时期有以下几种:

  1. 当虚拟机启动时,初始化用户指定的主类,就是启动执行的 main 方法所在的类;
  2. 当遇到用以新建目标类实例的 new 指令时,初始化 new 指令的目标类,就是 new一个类的时候要初始化;
  3. 当遇到调用静态方法的指令时,初始化该静态方法所在的类;
  4. 当遇到访问静态字段的指令时,初始化该静态字段所在的类;
  5. 子类的初始化会触发父类的初始化;
  6. 如果一个接口定义了 default 方法,那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化,会触发该接口的初始化;
  7. 使用反射 API 对某个类进行反射调用时,初始化这个类,其实跟前面一样,反射调用要么是已经有实例了,要么是静态方法,都需要初始化;
  8. 当初次调用 MethodHandle 实例时,初始化该 MethodHandle 指向的方法所在的类。

三、类可能加载(但不会初始化)

  1. 通过子类引用父类的静态字段,只会触发父类的初始化,而不会触发子类的初始化。
  2. 定义对象数组,不会触发该类的初始化。
  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并没有直接引用定义常量的类,不会触发定义常量所在的类。
  4. 通过类名获取 Class 对象,不会触发类的初始化,Hello.class 不会让 Hello 类初始化。
  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,如果指定参数 initialize 为 false 时,也不会触发类初始化,其实这个参数是告诉虚拟机,是否要对类进行初始化。Class.forName("jvm.Hello")默认会加载 Hello 类。
  6. 通过 ClassLoader 默认的 loadClass 方法,也不会触发初始化动作(加载了,但是不初始化)。

四、类加载器类型

类加载器层次关系如下: image.png

4.1 启动类加载器(BootstrapClassLoader)

  启动类加载器(Bootstrap Classloader)负责将<JAVA_HOME>/lib目录下并且被虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。我们常用基础库,例如java.util.**,java.io.**,java.lang.**等等都是由根加载器加载。

4.2 扩展类加载器(ExtClassLoader)

  扩展类加载器(Extention Classloader)负责加载JVM扩展类,比如swing系列、内置的js引擎、xml解析器等,这些类库以javax开头,它们的jar包位于<JAVA_HOME>/lib/ext目录中。

4.3 应用加载器(AppClassLoader)

  应用程序加载器(Application Classloader)也叫系统类加载器,它负责加载用户路径(ClassPath)上所指定的类库。我们自己编写的代码以及使用的第三方的jar包都是由它来加载的。

4.4 自定义加载器(CustomClassLoader)

  自定义加载器(Custom Classloader)通常是我们为了某些特殊目的实现的自定义加载器。

五、案例(显示加载了那些Jar)

public class JvmClassLoaderPrintPath {
    public static void main(String[] args) {
        // 启动类加载器
        URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        System.out.println("启动类加载器");
        for (URL url : urls) {
            System.out.println(" ==> " + url.toExternalForm());
        }
        // 扩展类加载器
        printClassLoader("扩展类加载器", JvmClassLoaderPrintPath.class.getClassLoader().getParent());
        // 应用类加载器
        printClassLoader("应用类加载器", JvmClassLoaderPrintPath.class.getClassLoader());

    }

    private static void printClassLoader(String name, ClassLoader cl) {
        if (cl != null) {
            System.out.println(name + " ClassLoader => " + cl.toString());
            printURLForClassLoader(cl);
        } else {
            System.out.println(name + " ClassLoader => null");
        }
    }

    private static void printURLForClassLoader(ClassLoader CL) {
        Object ucp = insightField(CL, "ucp");
        Object path = insightField(ucp, "path");
        ArrayList ps = (ArrayList)path;
        for (Object p : ps) {
            System.out.println(" ==> " + p.toString());
        }
    }

    private static Object insightField(Object obj, String fName) {
        try {
            Field f = null;
            if (obj instanceof URLClassLoader) {
                f = URLClassLoader.class.getDeclaredField(fName);
            } else {
                f = obj.getClass().getDeclaredField(fName);
            }
            f.setAccessible(true);
            return f.get(obj);
        } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}