java.lang.ClassNotFoundException

这个异常作为从事java开发的同学应该是经常遇到。其背后就是java类的加载机制

前言

java是一门跨平台的程序设计语言,它可以实现一次编写，到处运行。 我们编写的java代码是如何实现到处运行呢？在解决这个问题之前，我们先要了解java中jdk、jre、jvm这三者之间的关系。

JDK、JRE、JVM的关系

• JDK：Java开发工具包（Java Development Kit）
  JDK是整个java开发的核心，它包含了JAVA的运行环境（JVM+Java系统类库）和JAVA工具。

• JRE：Java运行环境（Java Runtime Environment)
  JRE可以让计算机系统运行Java应用程序。它包括Java虚拟机（jvm）、Java核心类库和支持文件。

• JVM：Java虚拟机, 是用C语言编写的一个软件。主要作用是将字节码文件指令翻译成机器可以识别的指令。

java跨平台的原因

java在os操作系统之上提供了一个java运行环境，只要该平台安装了该运行环境，即可运行java程序。 java之所以能跨平台，是因为jvm（java虚拟机）可以跨平台。

java程序通过编辑器形成字节码文件.class，再经过jvm的解释形成最终的机器码，被操作系统执行。

类的加载过程

• 加载

1. 通过全类名获取定义此类的二进制字节流
2. 将字节流所代表的静态存储结构转换为方法区运行时数据结构
3. 在堆生成一个代表该类的Class对象，作为方法区这些数据的访问入口

• 验证

1. 文件格式验证：字节流是否符合Class文件格式的规范
2. 元数据验证：对javac编译阶段的语义分析，以保证描述的信息符合java语言的规范
3. 字节码验证：跳转指令是否指向正确的位置，操作数类型是否合理
4. 符号引用验证：符号引用的直接引用是否存在

• 准备
  为class对象的静态变量分配内存并初始化。这里的初始化是 0、null、false这种

• 解析
  将常量池内的符号引用转换为直接引用

• 初始化
  这个阶段才是执行类中定义的java代码；初始化阶段是调用类构造器的过程

类加载器

jvm提供了3种类加载器

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）
  用来加载java核心类库，无法被java程序直接引用。
  负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，或通过-Xbootclasspath 参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如 rt.jar）的类。

• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）
  用来加载java的扩展库，java的虚拟机实现会提供一个扩展库目录，该类加载器在扩展库目录中查找并加载java类。
  负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的，或通过 java.ext.dirs 系统变量指定路径中的类库。

• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）
  根据java的类路径来加载类，一般来说，java应用的类都是通过它来加载。 负责加载用户路径（classpath）上的类库。JVM 通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader 实现自定义的类加载器。

• 自定义类加载器（User ClassLoader）
  用户自己定义类加载器，实现ClassLoader

双亲委派

所谓的双亲委派机制，就是当一个类收到类加载请求后，会把这个请求依次传递给父类加载器，如果顶层的可以加载，就返回成功，否则，在依次传给子类进行加载。

为什么需要双亲委派

为了防止内存中出现多个相同的字节码。因为如果没有双亲委派的话，用户就可以自己定义一个java.lang.String类，那么就无法保证类的唯一性。

双亲委派机制的作用

• 避免类的重复加载
• 保证Java核心类库的安全

破坏双亲委派机制

双亲委派模型并不是一个强约束的模型，在一些情况下是可以被破坏的。
只要重写loadClass方法就可以被破坏。

• Tomcat场景打破双亲委派机制
  一个web容器可能部署多个应用，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器上只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是独立的，保证相互隔离。
  Tomcat为了实现隔离性，内置了几个类加载器，每个webappClassLoader加载自己目录下的class文件，不会传递给父类加载器，打破双亲委派机制。

• JDBC场景打破双亲委派机制
  在获取jdbc连接的驱动管理类中，优先使用当前线程的类加载器而不是自身使用的类加载器来加载。

Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "123456");