谈谈Java虚拟机2――类加载器 - JAVA

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸装出内存为止，它的整个生命周期包括了:加载，验证，准备，解析，初始化，使用和卸载七个阶段。其中验证、准备和解析三个部分称为连接，也就是说，一个Java类从字节代码到能够在JVM中被使用，需要经过加载、链接和初始化这三个步骤。我们看一看Java虚拟机的体系结构。

Java虚拟机的体系结构如下图所示:

类装载器子系统，它根据给定的完整类名来装载类或接口
执行引擎，它负责执行那些包含在被装载类的方法中的指令。
方法区以及一个堆，它们是由该虚拟机实例中所有线程共享的。当虚拟机装载一个class文件时，它会从这个class文件包含的二进制数据中解析类型信息。然后，它把这些类型信息入到方法区中。当程序运行时，虚拟机会把所有该程序在运行时创建的对象都放到堆中。
Java栈是由许多栈帧或者帧组成的，一个栈帧包含一个Java方法调用的状态。当线程调用一个Java方法时。虚拟机压入一个新的栈帧到该线程的Java栈中;当该方法返回时，这个栈帧就会从Java栈中被弹出或者抛弃。Java虚拟机没有寄存器，其指令集使用Java栈来存储中间数据。这样设计的原因是为了保持Java虚拟机的指令集尽量紧凑。同时也使于Java虚拟机在那些只有很少通用寄存器的平台上实现。另外，Java虚拟机的这种基于栈的体系结构，也有助于运行时某些虚拟机实现的动态编译器和即时编译器的代码优化。

我们将按照类的生命周期来谈谈Java虚拟机的工作，本篇我们先谈谈加载:

Java类加载的全过程，是加载、验证、准备、解析和初始化这五个阶段的过程。而加载阶段是类加载过程的一个阶段。在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口。

在这三件事情中，通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流这个动作是在Java虚拟机外部来实现的，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块被称为“类加载器”。

站在Java虚拟机的角度讲，只存在两种不同的类加载喊叫：一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)，这个类加载器使用C++语言实现（只限于Hot Spot，像MPR、Maxine等虚拟机，整个虚拟机本身都是由Java编写的，Bootstrap ClassLoader自然也是由Java语言实现的），是虚拟机自身的一部分;另外一种用户自定义类装载器。前者是 Java 虚拟机实现的一部分，后者是 Java 程序的一部分。由不同的类装载器装载的类将被放在虚拟机内部的不同命名空间中。

从Java开发人员的角度来看，类加载器还可以划分的更细致一些，分为系统提供的类加载器与用户自定义的类加载器。

系统提供的类加载器：

系统提供的类装载器主要由下面三个：

启动类加载器（bootstrap classloader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码(本地代码，与平台有关)来实现的，并不继承自java.lang.ClassLoader。这个类加载器负责将存放在\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识加的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用。
扩展类加载器（extensions classloader）：扩展类加载器是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）实现的。它负责将 < Java_Runtime_Home >/lib/ext 或者由系统变量java.ext.dir 指定位置中的类库加载到内存中
应用程序类加载器（application classloader）：系统类加载器是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）实现的，由于这个类加载器是ClassLoader中getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序默认的类加载器。

用户自定义的类装载器

用户自定义的类装载器是普通的Java对象，它的类必须派生自java.lang.ClassLoader类。ClassLoader中定义的方法为程序为程序提供了访问类装载器机制的接口。此外，对于每一个被装载的类型，Java虚拟机都会为它创建一个java.lang.Class类的实例来代表该类型。和所有其它对象一样，用户自定义的类装载器以有Class类的实例都放在内存中的堆区，而装载的类型信息则都放在方法区。

下面介绍一下java.lang.ClassLoader类：

为了完成加载类的这个职责， java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义出一个 Java 类，即 java.lang.Class类的一个实例。除此之外，ClassLoader还负责加载 Java 应用所需的资源，如图像文件和配置文件等。ClassLoader提供了一系列的方法，比较重要的方法如下表所示：

方法	说明
`getParent()`	返回该类加载器的父类加载器。
`loadClass(String name)`	加载名称为 `name`的类，返回的结果是 `java.lang.Class`类的实例。
`findClass(String name)`	查找名称为 `name`的类，返回的结果是 `java.lang.Class`类的实例。
`findLoadedClass(String name)`	查找名称为 `name`的已经被加载过的类，返回的结果是 `java.lang.Class`类的实例。
`defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)`	把字节数组 `b`中的内容转换成 Java 类，返回的结果是 `java.lang.Class`类的实例。这个方法被声明为 `final`的。
`resolveClass(Class< > c)`	链接指定的 Java 类。

类装载器的特征

Java类加载器有两个比较重要的特征：层次组织结构和代理模式。这两个特征也就是我们平时说的类加载器的双亲委派模型。层次组织结构指的是除了顶层为启动类加载器之外，其余的类加载器都有一个父类加载器，通过getParent()方法可以获取到。类加载器通过这种父亲-后代的方式组织在一起，形成树状层次结构。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。代理模式则指的是一个类加载器既可以自己完成Java类的定义工作，也可以代理给其它的类加载器来完成

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