JVM类加载器辨析

类加载器包括

• 启动类加载器
• 拓展类加载器（Java9之后已经被模块系统代替）
• 应用类加载器

加载内容

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

  负责加载核心 Java 类库，包括 java.lang.*、java.util.*、java.io.* 等基础类。这些类通常位于JAVA_HOME/lib 目录下的核心 JAR 文件（如 rt.jar，从 Java 9 开始则是模块化的 JRT 文件系统）。

• 拓展类加载器（Extension ClassLoader）

  负责加载 Java 扩展库中的类，通常位于 JAVA_HOME/lib/ext （新版java中已经没有这个目录了，已经被替代了），有时会将第三方jar包放进去

• 应用类加载器（Application ClassLoader）

  负责加载应用程序类路径（classpath） 下的类。也就是运行时指定的 -classpath 路径下的所有类，主要是用户代码和第三方库。

类关系

• 启动类加载器是所有加载器的顶层，没有父类加载器。
• 扩展类加载器的父类是启动类加载器。

• 应用类加载器的父加载器是扩展类加载器。

加载顺序

• 启动类加载器 ，然后是拓展类加载器，然后是应用类加载器（依托于双亲委托机制，后面会解释）

解释

JAVA_HOME

• JAVA_HOME是你JAVA下载的路径，JAVA_HOME是你配的环境变量

第三方jar包的加载

• 第三方jar包通常由应用类加载器加载而不是拓展类加载器

  • 灵活性：将第三方库放在应用类加载器的类路径中更灵活，可以根据应用的需求灵活添加或移除依赖。
  • 隔离性：每个应用可以有不同的类路径，放在应用类加载器可以避免多个应用之间的库版本冲突，而拓展类加载器是系统层面的，他会应用于所有项目
  • 管理便利：大多数构建工具（如 Maven、Gradle）会自动将依赖放在应用的类路径中，而不是系统级的扩展路径。

应用类程序路径classpath

• 默认情况下，Java 的 classpath 是当前目录

  假设在当前目录有如下结构：

  arduin
  oproject/
  ├── com/
  │   └── example/
  │       └── Main.class
  └── other/
      └── Helper.class
  

  在 project 目录下执行以下命令：

  bash
  cd project
  java com.example.Main
  

  此时，JVM 将会在 project/com/example 路径下查找 Main.class。

• 使用 -classpath 或 -cp 命令行参数指定类路径

  在运行 Java 程序时，可以通过 -classpath 或 -cp 参数指定类路径，例如：

  bash
  java -classpath /path/to/classes:/path/to/libs/library.jar com.example.Main
  

  或者

  bash
  java -cp /path/to/classes:/path/to/libs/library.jar com.example.Main
  

  上述命令中，classpath 被设置为 /path/to/classes 和 /path/to/libs/library.jar，应用类加载器将会在这些路径中查找和加载类。

• 用 CLASSPATH 环境变量

  在一些情况下，可以设置 CLASSPATH 环境变量，指定 Java 应用程序的类路径。系统将默认使用 CLASSPATH 变量中定义的路径。

  • Linux/macOS：

    bash
    export CLASSPATH=/path/to/classes:/path/to/libs/library.jar
    

  • Windows：

    cmd
    set CLASSPATH=C:\path\to\classes;C:\path\to\libs\library.jar
    

  注意：使用 -classpath 参数会覆盖 CLASSPATH 环境变量，因此更常用的是使用 -classpath 指定特定程序的类路径，而不是全局设置 CLASSPATH。

• 使用构建工具（如 Maven、Gradle）自动设置类路径

  现代 Java 项目通常使用构建工具（如 Maven 和 Gradle），这些工具在构建和运行时会自动生成并指定类路径。比如，Maven 会将项目的第三方依赖下载到 target/classes 目录下，并在执行时自动生成完整的类路径，无需手动指定。

  在 IDE 中运行 Java 程序时，IDE（如 IntelliJ IDEA、Eclipse）会根据项目结构和依赖配置生成类路径，并传递给 JVM，所以不需要手动设置。

双亲委托机制

• 假设一个类加载器 A 要加载类 X，双亲委托机制的工作流程如下：

  • 向上委托：类加载器 A 先把加载请求交给它的父加载器 B。

  • 逐级上溯：B 再把请求往上委托给它的父加载器 C，依此类推，直到请求到达最顶层的启动类加载器。

    • 找到类：如果某一层的父加载器找到了 X，则加载该类并返回。
    • 未找到类：如果所有父加载器都没有找到 X，则加载请求沿着委托链返回到原始加载器 A。
  • 自己加载：此时，加载器 A 自行尝试加载 X，如果 A 找到该类，则成功加载。

• 为什么使用双亲委托机制？

  • 安全性：通过双亲委托机制，Java 核心类（如 java.lang.String 等）会优先由启动类加载器加载，避免被用户自定义的同名类覆盖，从而保证系统的安全性和稳定性。
  • 类唯一性：双亲委托机制保证了同一类在 JVM 中的唯一性，防止不同类加载器加载出多个相同的类，确保类型检查的一致性。
  • 模块化和分离性：双亲委托机制允许用户定义自定义类加载器，但核心类由启动类加载器统一管理，这样在模块化和隔离性方面实现了较好的平衡。

JVM怎么通过classpath找到其所调用的类的

• 类路径的作用：classpath 指定了 JVM 在加载类时要查找的根目录或 JAR 文件路径。例如，classpath 可能是项目的 bin 或 out 目录，这里存放编译好的 .class 文件。

• 包名映射路径：类的完全限定名（如 com.example.Main 和 com.example.Helper）会映射到文件系统的目录结构中：

  • com.example.Main 类在文件系统中对应路径为 com/example/Main.class。
  • com.example.Helper 类对应路径为 com/example/Helper.class。

• 类加载过程：

  • 当执行 java com.example.Main 时，应用类加载器会从 classpath 根目录（比如 bin 或 out）下查找 com/example/Main.class 文件并加载 Main 类。
  • 当 Main 类中使用 Helper 类时，JVM 根据类路径在 com/example 目录下查找 Helper.class 文件。
  • 如果在 classpath 路径中找到了 com/example/Helper.class，应用类加载器将加载它。