回顾一下类加载过程

在开始介绍类加载器和双亲委派机制之前，先简单回顾一下类加载过程

  • 类加载过程：加载->连接->初始化。
  • 连接过程又可分为三步：验证->准备->解析。

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加载是类加载过程的第一步，主要完成下面 3 件事情：

  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的运行时数据结构
  3. 在内存中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

类加载器

类加载器的概念：

  • 类加载器是一个负责加载类的对象，用于实现类加载过程中的加载这一步。
  • 每个 Java 类都有一个引用指向加载它的 ClassLoader。
  • 数组类不是通过 ClassLoader 创建的（数组类没有对应的二进制字节流），是由 JVM 直接生成的。

简而言之，类加载器的主要作用就是加载 Java 类的字节码（. class）文件到 JVM 中（在内存中生成一个代表该类的 class 对象）。

类加载器加载规则

JVM 启动的时候，并不会一次性加载所有的类，而是根据需要去动态加载。也就是说，大部分类在具体用到的时候才会去加载，这样对内存更加友好。

对于已经加载的类会被放在 ClassLoader 中。在类加载的时候，系统会首先判断当前类是否被加载过。已经被加载的类会直接返回，否则才会尝试加载。也就是说，对于一个类加载器来说，相同二进制名称的类只会被加载一次。

类加载器总结

JVM 中内置了三个重要的 ClassLoader：

  1. **BootstrapClassLoader(启动类加载器)**：最顶层的加载类，由 C++实现，通常表示为 null，并且没有父级，主要用来加载 JDK 内部的核心类库（ %JAVA_HOME%/lib目录下的 rt.jar、resources.jar、charsets.jar等 jar 包和类）以及被 -Xbootclasspath参数指定的路径下的所有类。
  2. **ExtensionClassLoader(扩展类加载器)**：主要负责加载 %JRE_HOME%/lib/ext 目录下的 jar 包和类以及被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径下的所有类。
  3. **AppClassLoader (应用程序类加载器)**：面向我们用户的加载器，负责加载当前应用 classpath 下的所有 jar 包和类。

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自定义类加载器

我们前面也说说了，除了 BootstrapClassLoader 其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自 java.lang.ClassLoader。如果我们要自定义自己的类加载器，很明显需要继承 ClassLoader 抽象类。

ClassLoader 类有两个关键的方法：

  • protected Class loadClass(String name, boolean resolve)：加载指定二进制名称的类，实现了双亲委派机制 。name 为类的二进制名称，resolve 如果为 true，在加载时调用 resolveClass(Class<?> c) 方法解析该类。
  • protected Class findClass(String name)：根据类的二进制名称来查找类，默认实现是空方法。

如果我们不想打破双亲委派模型，就重写 ClassLoader 类中的 findClass() 方法即可，无法被父类加载器加载的类最终会通过这个方法被加载。但是，如果想打破双亲委派模型则需要重写 loadClass() 方法。

双亲委派模型

JVM 中有三个默认的类加载器

  • 启动类加载器 BootStrapClassLoader（最顶端）：无法被 Java 程序直接引用，只能加载委派过来的请求。
  • 扩展类加载器 ExtClassLoader：可以直接用来加载类，也可以通过委派加载类。Ext 是 Extract 缩写，译为扩展、提取。
  • 应用程序类加载器 AppClassLoader（最低端）：负责加载类路径所有的类库，开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。

[!note] 双亲委派模型的工作过程

双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子加载器才会尝试自己去完成加载。

[!note] 具体的流程

JVM 在加载一个类时，会调用应用程序类加载器的 loadClass ()方法来加载这个类，不过在这方法中，会先使用扩展类加载器的 loadClass ()方法来加载类，同样扩展类加载器的 loadClass ()方法中会先使用启动类加载器来加载类；

如果启动类加载器加载到了就直接成功，如果启动类加载器没有加载到，那扩展类加载器就会自己尝试加载该类，如果没有加载到，那么则会由应用程序类加载器来加载这个类。

[!note] 双亲委派机制的好处

  • 避免类的重复加载：当父加载器已经加载了该类时，子加载器就没有必要再加载一次。这样可以确保在JVM内存中只有一个版本的类存在，节省了内存开销，也避免了重复定义类。
  • 防止核心 API 被篡改：防止核心 API 被随意篡改。例如，java. lang. Object 类位于 rt. jar 中，它是由引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载的。如果没有双亲委派机制，用户自定义的类加载器可能会恶意替换这些核心 API 的类，比如 String 或者 Object，从而造成安全问题。通过双亲委派模型，JVM 能够保证公共 API 的类加载工作由 JVM 自带的类加载器完成，保持了 Java 运行时环境的纯净性。
  • 兼容性：Java 虚拟机出于对现有程序的兼容性考虑，需要这样的层级关系来支持不同版本的类库同时工作，确保应用程序能够运行在更新版本的 Java 环境中而不会出现冲突。