前言
今天我們來講講 jvm 里 類加載 的過程，我們寫了那么多類，卻不知道類的加載過程，豈不是很尷尬 。
jvm 的啟動是通過引導(dǎo)類加載器（bootstrap class loader）創(chuàng)建一個初始類（initial class）來完成的，這個類是由 jvm 的具體實現(xiàn)指定的。[來自官方規(guī)范]
jvm組成結(jié)構(gòu)之一就是 類裝載器子系統(tǒng) ，我們今天就來仔細講講這個組件。
Java代碼執(zhí)行流程圖
大家通過這個流程圖，了解一下我們寫好的Java代碼是如何執(zhí)行的，其中要經(jīng)歷 類加載器 這個流程，我們就來仔細講講這里面的知識點。
類加載子系統(tǒng)
類加載系統(tǒng)架構(gòu)圖
暫時看不懂這兩張圖沒關(guān)系，跟著 老哥 往下看
類的生命周期
類的生命周期包括：加載、鏈接、初始化、使用和卸載，其中 加載 、 鏈接 、 初始化 ，屬于 類加載的過程 ，我們下面仔細講解。使用是指我們new對象進行使用，卸載指對象被垃圾回收掉了。
類加載的過程
- 第一步：Loading加載
通過類的全限定名（包名 + 類名），獲取到該類的 .class
文件的二進制字節(jié)流
將二進制字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化為方法區(qū)運行時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
在 內(nèi)存 中生成一個代表該類的 java.lang.Class 對象，作為方法區(qū)這個類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口
總結(jié)： 加載二進制數(shù)據(jù)到內(nèi)存 —> 映射成jvm能識別的結(jié)構(gòu) —> 在內(nèi)存中生成class文件 。
- 第二步：Linking鏈接
鏈接是指將上面創(chuàng)建好的class類合并至Java虛擬機中，使之能夠執(zhí)行的過程，可分為 驗證 、 準備 、 解析 三個階段。
① 驗證（Verify）
確保class文件中的字節(jié)流包含的信息，符合當(dāng)前虛擬機的要求，保證這個被加載的class類的正確性，不會危害到虛擬機的安全。
② 準備（Prepare）
為類中的 靜態(tài)字段 分配內(nèi)存，并設(shè)置默認的初始值，比如int類型初始值是0。被final修飾的static字段不會設(shè)置，因為final在編譯的時候就分配了
③ 解析（Resolve）
解析階段的目的，是將常量池內(nèi)的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用的過程（將常量池內(nèi)的符號引用解析成為實際引用）。如果符號引用指向一個未被加載的類，或者未被加載類的字段或方法，那么解析將觸發(fā)這個類的加載（但未必觸發(fā)這個類的鏈接以及初始化。）
事實上，解析器操作往往會伴隨著 JVM 在執(zhí)行完初始化之后再執(zhí)行。 符號引用就是一組符號來描述所引用的目標。符號引用的字面量形式明確定義在《Java 虛擬機規(guī)范》的Class文件格式中。直接引用就是直接指向目標的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標的句柄。
解析動作主要針對類、接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等。對應(yīng)常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。
- 第三步：initialization初始化
初始化就是執(zhí)行類的構(gòu)造器方法 init
()的過程。
這個方法不需要定義，是javac編譯器自動收集類中所有類變量的賦值動作和靜態(tài)代碼塊中的語句合并來的。
若該類具有父類， jvm 會保證父類的 init 先執(zhí)行，然后在執(zhí)行子類的 init 。
類加載器的分類
- 第一個：啟動類/引導(dǎo)類：Bootstrap ClassLoader
這個類加載器使用C/C++語言實現(xiàn)的，嵌套在JVM內(nèi)部，java程序無法直接操作這個類。
它用來加載Java核心類庫，如： JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar 、 resources.jar 、 sun.boot.class.path 路徑下的包，用于提供jvm運行所需的包。
并不是繼承自java.lang.ClassLoader，它沒有父類加載器
它加載 擴展類加載器 和 應(yīng)用程序類加載器 ，并成為他們的父類加載器
出于安全考慮，啟動類只加載包名為：java、javax、sun開頭的類
- 第二個：擴展類加載器：Extension ClassLoader
Java語言編寫，由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 實現(xiàn)，我們可以用Java程序操作這個加載器
派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為 啟動類加載器
從系統(tǒng)屬性： java.ext.dirs 目錄中加載類庫，或者從JDK安裝目錄： jre/lib/ext 目錄下加載類庫。我們就可以將我們自己的包放在以上目錄下，就會自動加載進來了。
- 第三個：應(yīng)用程序類加載器：Application Classloader
Java語言編寫，由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader
實現(xiàn)。
派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為 啟動類加載器
它負責(zé)加載 環(huán)境變量classpath 或者 系統(tǒng)屬性java.class.path 指定路徑下的類庫
它是程序中默認的類加載器，我們Java程序中的類，都是由它加載完成的。
我們可以通過 ClassLoader#getSystemClassLoader() 獲取并操作這個加載器
- 第四個：自定義加載器
一般情況下，以上3種加載器能滿足我們?nèi)粘５拈_發(fā)工作，不滿足時，我們還可以 自定義加載器
比如用網(wǎng)絡(luò)加載Java類，為了保證傳輸中的安全性，采用了加密操作，那么以上3種加載器就無法加載這個類，這時候就需要 自定義加載器
自定義加載器實現(xiàn)步驟
繼承 java.lang.ClassLoader 類，重寫findClass()方法
如果沒有太復(fù)雜的需求，可以直接繼承 URLClassLoader 類，重寫 loadClass 方法，具體可參考 AppClassLoader 和 ExtClassLoader 。
獲取ClassLoader幾種方式
它是一個抽象類，其后所有的類加載器繼承自 ClassLoader（不包括啟動類加載器）
// 方式一：獲取當(dāng)前類的 ClassLoader
clazz.getClassLoader()
// 方式二：獲取當(dāng)前線程上下文的 ClassLoader
Thread.currentThread().getContextClassLoader()
// 方式三：獲取系統(tǒng)的 ClassLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader()
// 方式四：獲取調(diào)用者的 ClassLoader
DriverManager.getCallerClassLoader()
類加載機制—雙親委派機制
jvm對class文件采用的是按需加載的方式，當(dāng)需要使用該類時，jvm才會將它的class文件加載到內(nèi)存中產(chǎn)生class對象。
在加載類的時候，是采用的 雙親委派機制 ，即把請求交給父類處理的一種任務(wù)委派模式。
- 工作原理
（1）如果一個 類加載器 接收到了 類加載 的請求，它自己不會先去加載，會把這個請求委托給 父類加載器 去執(zhí)行。
（2）如果父類還存在父類加載器，則繼續(xù)向上委托，一直委托到 啟動類加載器：Bootstrap ClassLoader
（3）如果父類加載器可以完成加載任務(wù)，就返回成功結(jié)果，如果父類加載失敗，就由子類自己去嘗試加載，如果子類加載失敗就會拋出 ClassNotFoundException 異常，這就是 雙親委派模式
- 第三方包加載方式：反向委派機制
在Java應(yīng)用中存在著很多服務(wù)提供者接口（Service Provider Interface，SPI），這些接口允許第三方為它們提供實現(xiàn)，如常見的 SPI 有 JDBC、JNDI等，這些 SPI 的接口屬于 Java 核心庫，一般存在rt.jar包中，由Bootstrap類加載器加載。而Bootstrap類加載器無法直接加載SPI的實現(xiàn)類，同時由于雙親委派模式的存在，Bootstrap類加載器也無法反向委托AppClassLoader加載器SPI的實現(xiàn)類。在這種情況下，我們就需要一種特殊的類加載器來加載第三方的類庫，而線程上下文類加載器（雙親委派模型的破壞者）就是很好的選擇。
從圖可知rt.jar核心包是有Bootstrap類加載器加載的，其內(nèi)包含SPI核心接口類，由于SPI中的類經(jīng)常需要調(diào)用外部實現(xiàn)類的方法，而jdbc.jar包含外部實現(xiàn)類(jdbc.jar存在于classpath路徑)無法通過Bootstrap類加載器加載，因此只能委派線程上下文類加載器把jdbc.jar中的實現(xiàn)類加載到內(nèi)存以便SPI相關(guān)類使用。顯然這種線程上下文類加載器的加載方式破壞了“雙親委派模型”，它在執(zhí)行過程中拋棄雙親委派加載鏈模式，使程序可以逆向使用類加載器，當(dāng)然這也使得Java類加載器變得更加靈活。
- 沙箱安全機制
自定義 String 類，但是在加載自定義 String 類的時候會率先使用引導(dǎo)類加載器加載，而引導(dǎo)類加載器在加載的過程中會先加載 JDK 自帶的文件（rt.jar 包中的 javalangString.class），報錯信息說沒有 main 方法就是因為加載的 rt.jar 包中的 String 類。這樣可以保證對 Java 核心源代碼的保護，這就是沙箱安全機制。
