类加载机制：双亲委派

当类加载器试图加载某个类的时候，除非父加载器找不到相应类型，否则尽量将这个任务代理给当前加载器的父加载器去做。

使用委派模型的目的是避免重复加载 Java 类型。

类加载机制的特征

  • 双亲委派模型
  • 可见性，子类加载器可以访问父加载器加载的类型，但是反过来是不允许的，不然，因为缺少必要的隔离，就无法利用类加载器实现容器的逻辑。
  • 单一性，由于父加载器的类型对于子加载器是可见的，所以父加载器中加载过的类型，就不会在子加载器中重复加载。但是注意，类加载器“邻居”间，同一类型仍然可以被加载多次，因为互相并不可见。

    类加载器

    内建的类加载器

    启动类加载器（Bootstrap Class-Loader）

    加载 jre/lib 下面的 jar 文件，如 rt.jar。它是个超级公民，即使是在开启了 Security Manager 的时候，JDK 仍赋予了它加载的程序 AllPermission。

    扩展类加载器（Extension Class-Loader）

    负责加载我们放到 jre/lib/ext/ 目录下面的 jar 包，这就是所谓的 extension 机制。该目录也可以通过设置 “java.ext.dirs”来覆盖。

    应用类加载器（Application Class-Loader）

    就是加载我们最熟悉的 classpath 的内容
    JVM 类加载 - 图1

    自定义类加载器

    java提供的类加载器只能够到指定的目录完成相关类的加载，若我们想对自定义目录下的类完成加载，此时就需要自定义类加载器。

类加载的过程中最后，执行到最后会调用ClassLoader的loadClass方法，那么我们可以通过自定义加载器继承ClassLoader类，使自定义的类加载器也具有loadClass方法，则调用自定义加载器的loadClass方法后也会遵循双亲委派机制，完成类的一系列传递加载过程（向上再向下）。又因为loadClass方法中的findClass方法并没有具体实现，我们继承的该方法当然也需要重写。总之，若我们不想打破既定的双亲委派机制，则只需要重写findClass方法即可。

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类加载过程

三个阶段：Load、Link、Init，即加载、链接、初始化。
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加载

Load阶段读取类文件产生二进制流，并转换为特定的数据结构，初步校验 cafe babe 魔法数、常量池、文件长度、是否有父类等，然后创建对应类的java.lang.Class实例。

将字节码数据从不同的数据源读取到 JVM 中，并映射为 JVM 认可的数据结构（Class 对象），这里的数据源可能是各种各样的形态，如 jar 文件、class 文件，甚至是网络数据源等；如果输入数据不是 ClassFile 的结构，则会抛出 ClassFormatError。

加载阶段是用户参与的阶段，我们可以自定义类加载器，去实现自己的类加载过程

链接

Link阶段包括验证、准备、解析三个步骤。验证是更详细的校验，比如final是否合规、类型是否正确、静态变量是否合理等。准备阶段是为静态变量分配内存，并设定默认值。解析类和方法确保类与类之间的相互引用正确性，完成内存布局。

验证

JVM 需要核验字节信息是符合 Java 虚拟机规范的，否则就被认为是 VerifyError，这样就防止了恶意信息或者不合规的信息危害 JVM 的运行。验证阶段有可能触发更多 class 的加载。

准备

创建类或接口中的静态变量，并初始化静态变量的初始值。这里的“初始化”和下面的显式初始化阶段是有区别的，侧重点在于分配所需要的内存空间，不会去执行更进一步的 JVM 指令。

解析

将常量池中的符号引用（symbolic reference）替换为直接引用
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初始化

Init阶段执行类构造器方法clinit。

真正去执行类初始化的代码逻辑，包括静态字段赋值的动作，以及执行类定义中的静态初始化块内的逻辑，编译器在编译阶段就会把这部分逻辑整理好，父类型的初始化逻辑优先于当前类型的逻辑。

类加载源码

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打破双亲委派机制

如何在父加载器加载的类中，去调用子加载器去加载类？

  • jdk提供了两种方式，Thread.currentThread().getContextClassLoader()和ClassLoader.getSystemClassLoader()一般都指向AppClassLoader，他们能加载classpath中的类
  • SPI则用Thread.currentThread().getContextClassLoader()来加载实现类，实现在核心包里的基础类调用用户代码

Tomcat类加载机制

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双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器之外，其余的类加载器都应当先由自己的父类加载器加载，父加载器加载不了，再自己加载。
tomcat 为了实现隔离性，没有遵守这个约定，每个WebAppClassLoader打破了双亲委派机制，它首先尝试去加载某个类，如果找不到再代理给父类加载器。

线程上下文加载器

一种类加载器的传递机制

Thread.currentThread().getContextClassLoader();获取当前上下文的类加载器

  • 解决委派双亲加载模式的缺点
  • 实现了JNDI等
  • 解决开发中,文件加载不到的异常

所谓线程上下文加载器，是因为这个类加载器是保存在线程私有数据里，只要是同一个线程，一旦设置了线程上下文加载器，在线程后续执行过程中就能把这个类加载器取出来用。因此Tomcat为每个web应用创建一个WebAppClassLoader类加载器，并在启动web应用的线程里设置线程上下文加载器，这样spring在启动时就将线程上下文加载器取出来，用来加载Bean。
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