1 类加载器的分类

JVM支持两种类型的类加载器 。分别为引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）和自定义类加载器（User-Defined ClassLoader）。
从概念上来讲，自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类类加载器，但是Java虚拟机规范却没有这么定义，而是将所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器。
无论类加载器的类型如何划分，在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个，如下所示：
类加载器 - 图1
这里的四者之间是包含关系，不是上层和下层，也不是子系统的继承关系。
我们通过一个类，获取它不同的加载器

  1. package net.csdn.consumer.controller;
  3. /**
  4.  * Created by haoll on 2021/4/12
  5.  */
  6. public class TestClassLoader {
  8.     public static void main(String[] args) {
  9.         // 获取系统类加载器
  10.         ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
  11.         System.out.println(systemClassLoader);
  13.         //获取上层的扩展类加载器
  14.         ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
  15.         System.out.println(extClassLoader);
  17.         //获取根加载器
  18.         ClassLoader bootstrapClassLoad = extClassLoader.getParent();
  19.         System.out.println(bootstrapClassLoad);
  21.         //自定义加载器
  22.         ClassLoader classLoader = TestClassLoader.class.getClassLoader();
  23.         System.out.println(classLoader);
  25.         // 获取String类型的加载器
  26.         ClassLoader strClassLoader = String.class.getClassLoader();
  27.         System.out.println(classLoader1);
  29.     }
  31. }

得到的结果，从结果可以看出 根加载器无法直接通过代码获取，同时目前用户代码所使用的加载器为系统类加载器。同时我们通过获取String类型的加载器，发现是null，那么说明String类型是通过根加载器进行加载的，也就是说Java的核心类库都是使用根加载器进行加载的。

  1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
  2. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
  3. null
  4. sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
  5. null

1.1 虚拟机自带的加载器

启动类加载器（引导类加载器，Bootstrap ClassLoader）

  • 这个类加载使用C/C++语言实现的，嵌套在JVM内部。
  • 它用来加载Java的核心库（JAVAHOME/jre/1ib/rt.jar、resources.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），用于提供JVM自身需要的类
  • 并不继承自ava.lang.ClassLoader，没有父加载器。
  • 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定为他们的父类加载器。

  • 出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类

    1.2 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

  • Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。

  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为启动类加载器

  • 从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从JDK的安装目录的jre/1ib/ext子目录（扩展目录）下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下，也会自动由扩展类加载器加载。

    1.3 应用程序类加载器（系统类加载器，AppClassLoader）

  • javI语言编写，由sun.misc.LaunchersAppClassLoader实现

  • 派生于ClassLoader类
  • 父类加载器为扩展类加载器
  • 它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库
  • 该类加载是程序中默认的类加载器，一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载

  • 通过classLoader#getSystemclassLoader（）方法可以获取到该类加载器

    1.4 用户自定义类加载器

    在Java的日常应用程序开发中，类的加载几乎是由上述3种类加载器相互配合执行的，在必要时，我们还可以自定义类加载器，来定制类的加载方式。 为什么要自定义类加载器？

  • 隔离加载类

  • 修改类加载的方式
  • 扩展加载源
  • 防止源码泄漏

用户自定义类加载器实现步骤：

  • 开发人员可以通过继承抽象类ava.1ang.ClassLoader类的方式，实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求
  • 在JDK1.2之前，在自定义类加载器时，总会去继承ClassLoader类并重写loadClass（）方法，从而实现自定义的类加载类，但是在JDK1.2之后已不再建议用户去覆盖loadclass（）方法，而是建议把自定义的类加载逻辑写在findclass（）方法中
  • 在编写自定义类加载器时，如果没有太过于复杂的需求，可以直接继承URIClassLoader类，这样就可以避免自己去编写findclass（）方法及其获取字节码流的方式，使自定义类加载器编写更加简洁。

1.5 关于ClassLoader

ClassLoader类，它是一个抽象类，其后所有的类加载器都继承自ClassLoader（不包括启动类加载器）
类加载器 - 图2
sun.misc.Launcher 它是一个java虚拟机的入口应用
类加载器 - 图3
获取ClassLoader的途径

  • 获取当前ClassLoader：clazz.getClassLoader()
  • 获取当前线程上下文的ClassLoader：Thread.currentThread().getContextClassLoader()
  • 获取系统的ClassLoader：ClassLoader.getSystemClassLoader()

  • 获取调用者的ClassLoader：DriverManager.getCallerClassLoader()

    2 双亲委派机制

    Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式，也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时，Java虚拟机采用的是双亲委派模式，即把请求交由父类处理，它是一种任务委派模式。

    工作原理

  • 如果一个类加载器收到了类加载请求，它并不会自己先去加载，而是把这个请求委托给父类的加载器去执行；

  • 如果父类加载器还存在其父类加载器，则进一步向上委托，依次递归，请求最终将到达顶层的启动类加载器；
  • 如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回，倘若父类加载器无法完成此加载任务，子加载器才会尝试自己去加载，这就是双亲委派模式。

类加载器 - 图4

双亲委派机制举例

image.png

沙箱安全机制

自定义string类，但是在加载自定义String类的时候会率先使用引导类加载器加载，而引导类加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的文件（rt.jar包中java\lang\String.class），报错信息说没有main方法，就是因为加载的是rt.jar包中的string类。这样可以保证对java核心源代码的保护，这就是沙箱安全机制。

双亲委派机制的优势

通过上面的例子，我们可以知道，双亲机制可以

  • 避免类的重复加载

  • 保护程序安全，防止核心API被随意篡改

    • 自定义类：java.lang.String
    • 自定义类：java.lang.ShkStart（报错：阻止创建 java.lang开头的类）

      3 其它

      如何判断两个class对象是否相同

      在JVM中表示两个class对象是否为同一个类存在两个必要条件：

  • 类的完整类名必须一致，包括包名。

  • 加载这个类的ClassLoader（指ClassLoader实例对象）必须相同。

换句话说，在JvM中，即使这两个类对象（class对象）来源同一个Class文件，被同一个虚拟机所加载，但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同，那么这两个类对象也是不相等的。
JVM必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的，那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候，JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

类的主动使用和被动使用

Java程序对类的使用方式分为：主动使用和被动使用。 主动使用，又分为七种情况：

  • 创建类的实例
  • 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
  • 调用类的静态方法I
  • 反射（比如：Class.forName（”com.atguigu.Test”））
  • 初始化一个类的子类
  • Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
  • JDK7开始提供的动态语言支持：
  • java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF getStatic、REF putStatic、REF invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化

除了以上七种情况，其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用，都不会导致类的初始化。