1 前语

咱们往常开发中，都会布置开发的项目或许本地运转main函数之类的来发动程序，那么咱们项目中的类是怎么被加载到JVM的，加载的机制和完结是什么样的，本文给咱们简略介绍下。

2 类加载运转全进程

当咱们用java指令运转某个类的main函数发动程序时，首要需求经过类加载器把主类加载到JVM，经过Java指令履行代码的大体流程如下

从流程图中能够看到类加载的进程首要是经过类加载器来完结的，那么什么是类加载器呢？

3 类加载器

3.1 什么是类加载器

类加载器担任在运转时将Java类动态加载到JVM（Java 虚拟机）。此外，它们是JRE（Java运转时环境）的一部分。所以由于类加载器，JVM不需求知道底层文件或文件系统来运转Java程序。

Java类加载器的作用是寻找类文件，然后加载Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，终究形成能够被虚拟机直接运用的Java类型。

3.2 类加载器品种

3.2.1 发动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

它首要担任加载JDK内部类，一般是rt.jar和其他坐落$JAVA_HOME/jre/lib目录下的中心库。此外，Bootstrap类加载器充当一切其他ClassLoader实例的父级。

Bootstrap ClassLoader是JVM中心的一部分，是用native引证编写的。它本身是虚拟机的一部分，所以它并不是一个JAVA类，咱们无法直接运用该类加载器。

3.2.2 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

担任加载支撑JVM运转的坐落$JAVA_HOME/jre/lib目录下的ext扩展目录中的JAR 类包。咱们能够直接运用这个类加载器。

3.2.3 运用程序类加载器（Application ClassLoader）

担任加载用户类途径（classpath）上的指定类库，首要便是加载你自己写的那些类。一般状况，假如咱们没有自定义类加载器默许便是用这个加载器。

3.2.4 自定义类加载器

经过承继ClassLoader类完结，首要重写findClass办法。

下面经过代码来看下了解不同的类是运用的哪品种加载器来加载的：

System.out.println("Classloader of this class : " + ClassLoaderDrill.class.getClassLoader());
System.out.println("Classloader of Logging : " + Logging.class.getClassLoader());
System.out.println("Classloader of String : " + String.class.getClassLoader());
System.out.println("-----------");
System.out.println("Classloader : " + ClassLoaderDrill.class.getClassLoader());
System.out.println("Classloader parent : " + ClassLoaderDrill.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println("Classloader parent : " + ClassLoaderDrill.class.getClassLoader().getParent().getParent());

下面是运转成果：

经过运转成果，咱们会发现我自定义的当时运转类的类加载器是AppClassLoader，Logging这个类的类加载器是ExtClassLoader，并且类加载器之间是有父子联系相关的。但String的类加载器却为null，ExtClassLoader的父加载器也为null，是意味着String类不是经过类加载器加载的？那假如能够加载它又是怎么被加载的呢？为什么咱们获取不到BootstrapClassLoader呢？后边咱们会进行解读。

3.3 类加载器的机制

上面介绍了都有哪些类加载器，那么一个类是怎么被类加载器加载的，这些类加载器之间又有什么相相联系呢，接下来就介绍下类加载器的机制。

双亲派遣机制

假如一个类加载器收到了类加载的恳求，它首要不会自己去尝试加载这个类，而是把这个恳求派遣给父类加载器去完结，每一个层次的类加载器都是如此，因而一切的加载恳求终究都会传送到顶层的发动类加载器中，只要当父加载器反应自己无法完结这个加载恳求时（它查找的规模没有找到所需的类），子加载器才会尝试自己取加载。

双亲派遣机制说简略点便是：关于每个类加载器，只要父类（顺次递归）找不到时，才自己加载。

3.4 类加载机制的源码完结

参见最开端类运转加载全进程图可知，流程中会创立JVM发动器实例：sun.misc.Launcher。 sun.misc.Launcher初始化运用了单例模式规划，确保一个JVM虚拟机内只要一个sun.misc.Launcher实例。

在Launcher结构办法内部，其创立了两个类加载器，分别是 sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)和sun.misc.Launcher.AppClassLoader(运用类加载器)。JVM默许运用Launcher的getClassLoader()，这个办法回来的类加载器(AppClassLoader)的实例加载咱们的运用程序。

public Launcher() {
        Launcher.ExtClassLoader var1;
        try {
            var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException var10) {
            throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
        }
        try {
            this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
        } catch (IOException var9) {
            throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
        }
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
        。。。。。。 //省掉一些不需重视代码
    }

从上面Launcher结构办法的源码中，咱们看到了AppClassLoader和ExtClassLoader这两品种加载器的定义，并且在创立AppClassLoader时将ExtClassLoader设置为父类，也契合上面说的类加载器之间的相关。
可是BootstrapClassLoader依然没有出现，并且也没有给ExtClassLoader设置父加载器，那它又是和ExtClassLoader怎么相关的？下面的双亲派遣机制完结的源码会为咱们解答。

咱们来看下AppClassLoader加载类的双亲派遣机制源码，AppClassLoader的loadClass办法终究会调用其父类ClassLoader的loadClass办法，该办法的大体逻辑如下:

首要查看一下指定名称的类是否现已加载过，假如加载过了，就不需求再加载，直接回来。
假如此类没有加载过，那么，再判别一下是否有父加载器；假如有父加载器，则由父加载器加载(即调用parent.loadClass(name, false);)，或许是调用bootstrap类加载器来加载。
假如父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当时类加载器的findClass办法，在文件系统本身中查找类，来完结类加载。
假如最终一个子类加载器也无法加载该类，则会抛出 java.lang.NoClassDefFoundError。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 查看当时类加载器是否现已加载了该类
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
  //假如当时加载器的父加载器不为空，则托付父加载器加载
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
  //假如当时加载器父加载器为空，则托付发动类加载器加载
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
// 都会调用URLClassLoader的findClass办法在加载器的类途径里查找并加载该类
                    c = findClass(name);
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
 // 解析、链接指定的Java类
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

上面便是双亲派遣机制完结原理的源码。从中咱们能够看到有一个逻辑点会调用findBootstrapClassOrNull()这个办法，那么至此，咱们有个疑团也就解开了：ExtClassLoader和BootstrapClassLoader（发动类加载器）便是在这里相关上的。由于ExtClassLoader在定义的时分，没有设置父类加载器(parent)，所以履行到了这个逻辑，托付了BootstrapClassLoader进行加载。上面说的类加载器之间层级联系的完结和相关，也是在块逻辑里完结的。从源码这里的逻辑，也契合前面咱们介绍BootstrapClassLoader所说的：Bootstrap类加载器充当一切其他ClassLoader实例的父级。

这个疑团是解开了，可是之前还有一个疑团依然没有阐明，在开端咱们获取不同的类的加载器的时分，String的类加载器是null。在类加载的源码里边，咱们看到了BootstrapClassLoader加载器的获取，为什么获取不到是null呢。这个咱们要看下findBootstrapClassOrNull()这个办法的完结，看看BootstrapClassLoader到底是怎么定义的。

    /**
     * Returns a class loaded by the bootstrap class loader;
     * or return null if not found.
     */
    private Class<?> findBootstrapClassOrNull(String name)
    {
        if (!checkName(name)) return null;
        return findBootstrapClass(name);
    }
    // return null if not found
    private native Class<?> findBootstrapClass(String name);

经过源码能够看到终究调用了findBootstrapClass这个办法来回来，可是这个办法的修饰符是native，那么就容易理解咱们为什么获取不到这个BootstrapClassLoader了。

3.5 为什么规划双亲派遣

沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便能够防止中心API库被随意篡改，防止了恶意代码的注入，安全性的进步和确保。

避免类的重复加载：当父亲现已加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。假如每个加载器都自己加载，那么可能会出现多个同名类，导致混乱。

3.6 双亲派遣机制的打破

双亲派遣模型很好的处理了各个类加载器加载根底类的统一性问题。即越根底的类由越上层的加载器进行加载。

若加载的根底类中需求回调用户代码，而这时顶层的类加载器无法辨认这些用户代码时,就需求损坏双亲派遣模型了。下面就介绍几种损坏了双亲派遣机制的场景。

3.6.1 JNDI损坏双亲派遣模型

JNDI是Java标准服务，它的代码由发动类加载器去加载，但JNDI需求回调独立厂商完结的代码，而类加载器无法辨认这些回调代码（SPI）。为了处理这个问题，引入了一个线程上下文类加载器（ContextClassLoader）。可经过Thread.setContextClassLoader()设置。运用线程上下文类加载器去加载所需求的SPI代码，即父类加载器恳求子类加载器去完结类加载的进程，而损坏了双亲派遣模型。

3.6.2 Spring损坏双亲派遣模型

Spring要对用户程序进行组织和办理，而用户程序一般放在WEB-INF目录下，由WebAppClassLoader类加载器加载，而Spring由Common类加载器或Shared类加载器加载。

那么Spring是怎么访问WEB-INF下的用户程序呢？——运用线程上下文类加载器

Spring加载类所用的classLoader都是经过Thread.currentThread().getContextClassLoader()获取的。当线程创立时会默许创立一个AppClassLoader类加载器（对应Tomcat中的WebAppclassLoader类加载器）： setContextClassLoader(AppClassLoader)。运用这个来加载用户程序，即任何一个线程都可经过getContextClassLoader()获取到WebAppclassLoader。

3.6.3 Tomcat损坏双亲派遣机制

不同的运用程序可能会依靠同一个第三方类库的不同版别，不能要求同一个类库在同一个服务器只要一份，因而要确保每个运用程序的类库都是独立的，确保彼此隔离。
布置在同一个web容器中相同的类库相同的版别能够同享
web容器也有自己依靠的类库，不能与运用程序的类库混淆。
web容器要支撑jsp的修改，需求支撑 jsp 修改后不用重启。

3.7 自定义类加载器

在介绍类加载器品种的时分，一共有四种，前面所说的都是前三品种加载器的一些机制，那假如咱们想自己自定义个类加载器要怎么完结呢？

自定义类加载器，只需承继ClassLoader抽象类，并重写findClass办法（假如要打破双亲派遣模型，需求重写loadClass办法）。下面是个自定义类加载器的比如：

public class ClassLoaderDrill {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;
        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                //defineClass将一个字节数组转为Class目标，这个字节数组是class文件读取后终究的字节 数组。
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }
        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
                    + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
        }
    }
    public static void main(String args[]) throws Exception {
        //初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其间会把自定义类加载器的父加载器设置为运用程序类加载器AppClassLoader
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/test");
        //创立 /com/xxx/xxx 的几级目录，跟你要加载类的目录一致
        Class clazz = classLoader.loadClass("com.test.jvm.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}

留意：一个ClassLoader创立时假如没有指定parent，那么它的parent默许便是AppClassLoader。这个在ClassLoader的结构办法完结里能够看到。

4 类加载的进程

上述咱们介绍了类加载器及相关机制和完结源码，可是类加载器获取所需求的类这个动作，只是类加载全进程中的一部分。类从被加载到虚拟机内存中开端，到卸载出内存停止，它的整个生命周期包括：加载、验证、预备、解析、初始化、运用和卸载7个阶段。其间验证、预备、解析三个部分统称为链接，这7个阶段的产生顺序如图：

下面也给咱们简略介绍下每个阶段所履行的详细动作

4.1 加载

JVM 在该阶段的首要目的是将字节码从不同的数据源（可能是 class 文件、也可能是 jar 包，甚至网络）转化为二进制字节省加载到内存(JVM)中，并生成一个代表该类的 java.lang.Class 目标。该阶段JVM完结3件事：

经过类的全限定名获取该类的二进制字节省（需求特别阐明的是咱们上述所说的类加载器相关动作，便是类加载进程中的这个阶段）
将字节省所代表的静态存储结构转化为办法区的运转时数据结构
在内存中生成一个该类的java.lang.Class目标，作为该类在办法区的各种数据的访问入口

4.2 验证

首要确保加载进来的字节省契合JVM标准。JVM 会在该阶段对二进制字节省进行校验，只要契合 JVM 字节码标准的才能被 JVM 正确履行，该阶段是确保 JVM 安全的重要屏障。

验证阶段会完结以下4个阶段的查验动作：

文件格局验证：根据字节省验证
元数据验证(是否契合Java语言标准)：根据办法区的存储结构验证
字节码验证(确定程序语义合法，契合逻辑)：根据办法区的存储结构验证
符号引证验证(确保下一步的解析能正常履行)：根据办法区的存储结构验证

4.3 预备

该步首要为静态变量在办法区分配内存，并设置默许初始值。JVM 会在该阶段对类变量（也称为静态变量，static 关键字修饰的变量）分配内存并初始化。

4.4 解析

虚拟机将常量池内的符号引证替换为直接引证的进程，即将常量池中的符号引证转化为直接引证。

4.5 初始化

在预备阶段，类变量现已被赋过默许初始值，而在初始化阶段，类变量将被赋值为代码期望赋的值。换句话说，初始化阶段是履行类结构器办法的进程。

4.6 运用

运用阶段包括自动引证和被动引证，自动饮用会引起类的初始化，而被动引证不会引起类的初始化。当运用阶段完结之后，java类就进入了卸载阶段。

4.7 卸载

关于类的卸载，在类运用完之后，假如满意下面的状况，jvm就会在办法区垃圾收回的时分对类进行卸载。类的卸载进程其实便是在办法区中清空类信息，java类的整个生命周期就完毕了。

该类一切的实例都现已被收回，也便是java堆中不存在该类的任何实例。
加载该类的ClassLoader现已被收回。
该类对应的java.lang.Class目标没有任何地方被引证，无法在任何地方经过反射访问该类的办法。

5 总结

最终介绍了下类加载的整个进程及履行的详细动作，其实每个节点去深挖也是有很多内容的，感兴趣的小伙伴能够再去深入了解。

本文正在参与「金石计划」

源码剖析JVM类加载机制

1 前语

2 类加载运转全进程

3 类加载器

3.1 什么是类加载器

3.2 类加载器品种

3.2.1 发动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

3.2.2 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

3.2.3 运用程序类加载器（Application ClassLoader）

3.2.4 自定义类加载器

3.3 类加载器的机制

双亲派遣机制

3.4 类加载机制的源码完结

3.5 为什么规划双亲派遣

3.6 双亲派遣机制的打破

3.6.1 JNDI损坏双亲派遣模型

3.6.2 Spring损坏双亲派遣模型

3.6.3 Tomcat损坏双亲派遣机制

3.7 自定义类加载器

4 类加载的进程

4.1 加载

4.2 验证

4.3 预备

4.4 解析

4.5 初始化

4.6 运用

4.7 卸载

5 总结

作者信息

源码剖析JVM类加载机制

1 前语

2 类加载运转全进程

3 类加载器

3.1 什么是类加载器

3.2 类加载器品种

3.2.1 发动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

3.2.2 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

3.2.3 运用程序类加载器（Application ClassLoader）

3.2.4 自定义类加载器

3.3 类加载器的机制

双亲派遣机制

3.4 类加载机制的源码完结

3.5 为什么规划双亲派遣

3.6 双亲派遣机制的打破

3.6.1 JNDI损坏双亲派遣模型

3.6.2 Spring损坏双亲派遣模型

3.6.3 Tomcat损坏双亲派遣机制

3.7 自定义类加载器

4 类加载的进程

4.1 加载

4.2 验证

4.3 预备

4.4 解析

4.5 初始化

4.6 运用

4.7 卸载

5 总结

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