前言

类加载子系统的作用

类加载器角色的位置

类加载器分类

虚拟机自带的加载器

启动类加载器（引导类加载器）

扩展类加载器

系统类加载器

用户自定义类加载器

什么时候需要自定义类加载器？

如何自定义类加载器？

获取类加载器

类加载过程

加载阶段(Loading)

连接阶段(Linking)

验证(Verification）

准备(Preparation)

解析(Resolution)

初始化阶段(Initialization)

双亲委派机制

双亲委派机制原理

双亲委派机制优势

前言

以下所有内容为参照《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）》以及B站尚硅谷宋红康JVM全套教程（详解java虚拟机）总结而来，由于JVM涉及到的大多都是理论知识且内容众多，所以大部分都是文字描述，若有错误还望指正。

这一篇主要记录类加载子系统主要内容，要了解类加载子系统，首先我们应当明确类加载子系统在整个JVM中的位置。

类加载子系统的作用

将类加载子系统单独拿出来看，大体可分为如下结构：

类加载器子系统负责从文件系统或者网络中加载Class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识（魔数）。当中的类加载器只负责class文件的加载，至于它是否可以运行，则由执行引擎(Execution Engine)决定。加载的类信息存放于一块称为方法区的内存空间(即运行时数据区的方法区中)。除了类的信息外，方法区中还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）。

类加载器角色的位置

class file 存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来的，根据这个模板实例化出这个类的实例。
class file 加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区。
在从class文件到JVM最终成为方法区元数据模板的过程中，此过程需要一个运输工具，而类加载器就扮演了这么一个角色。

类加载器分类

JVM严格来讲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。

虚拟机自带的加载器

虚拟机自带的三种类加载器：启动类加载器，拓展类加载器，系统类加载器。

启动类加载器（引导类加载器）

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（JAVA_HOME/jre/lib/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java.lang.ClassLoader，没有父加载器。
加载扩展类和应用程序类加载器，并作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。

扩展类加载器

Java语言编写，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。
派生于ClassLoader类，分类为：自定义类加载器。
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/lib/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。

系统类加载器

Java语言编写，由sun.misc.LaunchersAppClassLoader实现。
派生于ClassLoader类，分类为：自定义类加载器。
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。

用户自定义类加载器

什么时候需要自定义类加载器？

隔离加载类，当有两个包名路径和类名完全一样的类时，就产生冲突了，如果不隔离加载类，虚拟机就无法识别应该加载哪一个类。（这里涉及到如何判断两个class文件对象是否相同，当满足以下两个条件时，这两个class对象就为同一个类：①类的完整类名一致，包括包名。②加载这个类的类加载器（ClassLoader）相同。也就是说，即便类名包名完全一致，只要类加载器不同，这两个class对象也是不相等的）
修改类加载的方式。
扩展加载源（还可以考虑从数据库中加载类，路由器等等不同的地方）。
防止源码泄漏（对字节码文件进行解密，自己用的时候通过自定义类加载器来对其进行解密）。

如何自定义类加载器？

开发人员可以通过继承抽象类java.lang.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。

获取类加载器

如果这个类的加载器是引导类加载器，即由C/C++编写的加载器，那么获取的结果为null。

方式一：获取当前ClassLoader
clazz.getClassLoader()
方式二：获取当前线程上下文的ClassLoader
Thread.currentThread().getContextClassLoader()
方式三：获取系统的ClassLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader()
方式四：获取调用者的ClassLoader
DriverManager.getCallerClassLoader()

类加载过程

一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历将会经历加载(Loading) 、验证(Verification) 、准备(Preparation)、解析(Resolution) 、初始化(Initialization) 、使用(Using)和卸载(Unloading) 七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接(Linking) 。这七个阶段的发生顺序如下图所示。（出自《深入理解Java虚拟机》）

类加载时，首先会判断这个类是否被装载了，如果被装载了直接从方法区获取元数据模板即可。而如果没有装载，才会执行加载阶段。

加载阶段(Loading)

注意，这里的加载阶段指的是类加载过程中的加载阶段，而非整个加载阶段。

通过一个类的全限定名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。
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

连接阶段(Linking)

验证(Verification）

目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。
主要包括四种验证，文件格式验证，元数据验证，字节码验证，符号引用验证。

思考一下，class文件是可以被修改的，要是不经过验证，将不合法的字节码文件加载进虚拟机，会产生什么后果？这一步的作用在于将那些不合法的字节码文件排除开外。

准备(Preparation)

为类变量（static变量，如果类中定义了的话）分配内存并且设置该类变量的默认初始值。
当然这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配好了默认值，准备阶段会显式初始化。（这里就涉及到了java final关键字的作用，同样也是常问问题）
同时要注意这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。

解析(Resolution)

将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。
符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT Class info、CONSTANT Fieldref info、CONSTANT Methodref info等。

初始化阶段(Initialization)

初始化阶段就是执行类构造器方法<clinit>()的过程。
此方法不需定义，是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来。也就是说，当我们代码中包含static变量的时候，就会有clinit方法。
<clinit>()方法中的指令按语句在源文件中出现的顺序执行。
<clinit>()不同于类的构造器。（关联：构造器是虚拟机视角下的<init>()）。
若该类具有父类，JVM会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕。
虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程下被同步加锁。

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。

双亲委派机制原理

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；
父类加载器一层一层往下分配任务，如果子类加载器能加载，则加载此类，如果将加载任务分配至系统类加载器也无法加载此类，则抛出异常；（出自B站宋红康JVM视频）