JVM 中类的加载

简介

从编译后的 class 文件到内存中的类，需要经过加载，链接以及初始化三个步骤。链接需要经过验证，而内存中的类没有初始化，也无法使用。

加载 —— 双亲委派模型

在说明加载前，需要理解双亲委派模型是个啥玩意儿。

子-类加载器 需要加载某个 class 文件时，会将这个任务委派给他的 父-类加载器，然后递归这个操作，如果 父-类加载器 没有加载，则 子-类加载器 才会去加载。

（注：上面的类加载器的父子关系并不是 java 语言的继承关系，只是一种组合关系，或者说层级关系）

类的唯一性

类加载器名称 + 类全限定名称

类加载器的类别

BootstrapClassLoader（启动类加载器）

启动类加载器是用 C++ 实现的，没有对应的 Java 对象，因此在 Java 中只能用 NULL 来指代。相当于这个加载器是最顶级的加载器，不能直接通过引用进行操作。

该加载器加载 Java 的核心库 java.*，构造 ExtClassLoader 和 AppClassLoader。

ExtClassLoader（标准扩展类加载器）

ext：extension

由 Java 编写，用于加载扩展库，比如 classpath 中的 jre，javax.* 或者 java.ext.dirs 指定位置中的类，可以直接调用该类加载器。

AppClassLoader（引用类加载器）

同样是用 Java 编写，加载程序所在的目录。

CustomClassLoader（用户自定义类加载器）

也是用 Java 编写的，用于加载指定路径的 class 文件。

以上的类加载的层级是：CustomClassLoader < AppClassLoader < ExtClassLoader < BootstrapClassLoader

网络资料：Java 9 引入了模块系统，并且略微更改了上述的类加载器。扩展类加载器被改名为平台类加载器（platform class loader）。Java SE 中除了少数几个关键模块，比如说 java.base 是由启动类加载器加载之外，其他的模块均由平台类加载器所加载

ClassLoader 源码分析

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 首先检查这个类是否已经加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // 如果有父类加载器则让父类加载器加载该类
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    /**
                     * 让最顶级的 BootstrapClassLoader 加载
                     * 这里最终会调用一个 private native Class<?> findBootstrapClass(String name); 方法
                     * 这个方法用 native 标注了，说明是调用了 C++ 编写的系统级别的本地方法接口
                     * 说明 BootstrapClassLoader 的确无法直接通过引用调用
                     */
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // 真找不到就捕获异常，还能咋办
            }

            if (c == null) {
                // 如果 BootstrapClassLoader 没找到就自己去找，递归回来
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);

                // 这是定义类加载器，记录数据
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

流程图

JVM-双亲委派模型

链接

链接阶段主要分为三个阶段：

验证

验证的目的是确保被加载的类满足 JVM 的约束条件。
准备

为被加载类的静态字段分配内存，对于静态字段的初始化，会在初始化阶段中进行。

如果字段被 final 修饰，在编译的时候会给字段添加 ConstantValue 属性，在准备阶段完成赋值。
解析

在 class 加载到 JVM 前，类中对于其他类、方法或者字段是不知道具体地址的，甚至不知道自己的方法和地址；所以编译器会给这些成员生成一个符号引用，符号引用放在 class 文件的常量池中，而解析阶段就是将这些符号引用解析成实际引用。