类加载

类的生命周期

java类执行过程 类的生命周期图

类加载过程包括：加载-验证-准备-解析-初始化。
这个过程顺序并不是固定的，最多仅仅代表它们开始的顺序，实际上这五个过程是交叉进行的，通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。

注意：解析阶段有可能在初始化阶段之后再开始。

生命周期过程详解

1. 加载：一、将class文件加载在内存中；二、将静态数据结构(数据存在于class文件的结构)转化成方法区中运行时的数据结构(数据存在于JVM时的数据结构)；三、在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为数据访问的入口。
2. 验证：确保加载的类符合JVM规范与安全。
3. 准备：为static变量在方法区中分配空间，设置变量的初始值。例如static int a=3，在此阶段会a被初始化为0，其他数据类型参考成员变量声明。
4. 解析：虚拟机将常量池的符号引用转变成直接引用。例如"aaa"为常量池的一个值，直接把"aaa"替换成存在于内存中的地址。
   • 符号引用:符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形 式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用 的目标并不一定已经加载到内存中。
   • 直接引用:直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的，如果有了直接引用，那么引用的目标必定已经在内存中存在。
5. 初始化：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法。在类构造器方法中，它将由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作(准备阶段的a正是被赋值a)和静态变量与静态语句块static{}合并，初始化时机后续再聊。
6. 使用：正常使用。
7. 卸载：GC把无用对象从内存中卸载。

类初始化时机

只有当对类主动使用的时候才会导致类的初始化。

主动引用(发生类初始化过程)

1. 创建类的实例，也就是new的方式
2. 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
3. 调用类的静态方法
4. 反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
5. 初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化
6. Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（Java Test），直接使用java.exe命令来运行某个主类

被动引用(不会发生类的初始化)

1. 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
2. 定义对象数组，不会触发该类的初始化。
3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触发定义常量所在的类。
4. 通过类名ClassName.class获取Class对象，不会触发类的初始化。
5. Class.forName("类名全路径")加载指定类时，如果指定参数initialize为false时，也不会触发类初始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。
6. 通过ClassLoader默认的loadClass方法，也不会触发初始化动作。

类加载器

主要的类加载器有

1. 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：由C++实现，没有父类，负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，或通过-Xbootclasspath参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如rt.jar）的类。
2. 扩展类加载器(Extension ClassLoader)：由Java语言实现，父类加载器为null，负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的，或通过java.ext.dirs系统变量指定路径中的类库。
3. 应用程序类加载器(Application ClassLoader)：由Java语言实现，父类加载器为ExtClassLoader，负责加载用户路径（classpath）上的类库。
4. 自定义加载器：可以通过继承java.lang.ClassLoader或URLClassLoader实现自定义的类加载器，父类加载器为AppClassLoader。

双亲委派模式

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JVM使用的是双亲委派模式的类加载机制，这种机制的好处有：

1. 避免类的重复加载
2. 保证核心基础jar包加载的安全问题。

加载过程大致可以分为两个过程：

1. 查找过程，首先从收到请求的加载器开始，从下到上查找是否加载过该类，从下到上的顺序：自定义类加载器->应用类加载器->拓展类加载器->启动类加载器；
2. 加载过程，如果找不到加载过该类，则从上到下，从启动类加载器开始尝试从自己负责的路径下加载该类，如果加载失败则由下级加载器加载，从上到下的顺序：启动类加载器 -> 拓展类加载器 ->应用类加载器 -> 自定义类加载器。

加载器类图

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从类图可以看出

• 拓展类加载器ExtClassLoader和系统类加载器AppClassLoader，这两个类都继承自URLClassLoader，是sun.misc.Launcher的静态内部类。
• sun.misc.Launcher主要被系统用于启动主应用程序，ExtClassLoader和AppClassLoader都是由sun.misc.Launcher创建的。
• ExtClassLoader并没有重写loadClass()方法，而AppClassLoader重载了loadCass()方法，但最终调用的还是父类loadClass()方法，因此依然遵守双亲委派模式。

自定义加载器

方式

1. 继承URLClassLoader，不需要重写 findClass()等方法，继承双亲委派模式。
2. 继承ClassLoader，只重写findClass方法，这种方式继承双亲委派模式。
3. 继承ClassLoader，重写loadClass方法，不使用双亲委派模式，自定义类加载模式。

自定义加载器场景：

1. 当class文件不在ClassPath路径下，默认系统类加载器无法找到该class文件，在这种情况下我们需要实现一个自定义的ClassLoader来加载特定路径下的class文件生成class对象。
2. 当一个class文件是通过网络传输并且可能会进行相应的加密操作时，需要先对class文件进行相应的解密后再加载到JVM内存中，这种情况下也需要编写自定义的ClassLoader并实现相应的逻辑。
3. 当需要实现热部署功能时(一个class文件通过不同的类加载器产生不同class对象从而实现热部署功能)，需要实现自定义ClassLoader的逻辑。

注意：由于双亲委托机制，classpath目录下的类默认由Application类加载器加载，所以，自定义加载器如果没有重写loadClass方法去加载classpath下的类是不会成功的，当然，可以通过直接调findClass()绕过双亲委托来加载。

双亲委派模型的破坏者1——线程上下文加载器

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在Java应用中存在着很多服务提供者接口（Service Provider Interface，SPI），这些接口允许第三方为它们提供实现，如常见的 SPI 有 JDBC、JNDI等，这些 SPI 的接口属于 Java 核心库，一般存在rt.jar包中，由Bootstrap类加载器加载，而 SPI 的第三方实现代码则是作为Java应用所依赖的 jar 包被存放在classpath路径下，由于SPI接口中的代码经常需要加载具体的第三方实现类并调用其相关方法，但SPI的核心接口类是由引导类加载器来加载的，而Bootstrap类加载器无法直接加载SPI的实现类，同时由于双亲委派模式的存在，Bootstrap类加载器也无法反向委托AppClassLoader加载器SPI的实现类。在这种情况下，我们就需要一种特殊的类加载器来加载第三方的类库，而线程上下文类加载器就是很好的选择。

加载方式

1. 显式加载：指的是在代码中通过调用ClassLoader加载class对象，比如代码中通过Class.forName()、this.getClass.getClassLoader.LoadClass()，自定义类加载器中的findClass()方法等。
2. 隐式加载：不直接在代码中调用ClassLoader的方法加载class对象，而是通过虚拟机自动加载到内存中，除了显式加载的，其它都是隐式加载。

ClassLoader关键方法

• loadClass(String)，该方法加载指定名称（包括包名）的二进制类型，该方法在JDK1.2之后不再建议用户重写但用户可以直接调用该方法，loadClass()方法是ClassLoader类自己实现的，该方法中的逻辑就是双亲委派模式的实现，所以，自定义加载器可以覆盖loadClass方法覆盖双亲委派模式。
• findClass(String) ，在自定义类加载器时，会直接覆盖ClassLoader的findClass()方法并编写加载规则，取得要加载类的字节码后转换成流，然后调用defineClass()方法生成类的Class对象。
• defineClass(byte[] b, int off, int len) ，是用来将byte字节流解析成JVM能够识别的Class对象(ClassLoader中已实现该方法逻辑)，通过这个方法不仅能够通过class文件实例化class对象，也可以通过其他方式实例化class对象，如通过网络接收一个类的字节码，然后转换为byte字节流创建对应的Class对象。
• resolveClass(Class≺?≻ c) ，类解析阶段的操作方法，给Classloader链接一个类。

注意:
如果直接调用defineClass()或findClass()方法生成类的Class对象，这个类的Class对象并没有解析(也可以理解为链接阶段，毕竟解析是链接的最后一步)，其解析操作需要等待初始化阶段进行。

重复类加载

Java中来自不同Jar包中的相同的类名（包名，类名）在加载时类加载器将按照Class Path中的顺序加载，相同的类名仅仅会加载一次，顺序排在前面的类会被加载，加载成功后，后面再遇到相同类会忽略。
因此，最终所使用的类取决于ClassLoader对类的的选择，即Maven往Class Path打包的顺序。

类卸载

类加载后JVM内存图

JVM中的Class只有满足以下三个条件，才能被GC回收，也就是该Class被卸载（unload）：

1. 该类所有的实例都已经被GC。
2. 该类的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用。
3. 加载该类的ClassLoader实例已经被GC。

所以

• 由Java虚拟机自带的类加载器（启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器）所加载的类，在虚拟机的生命周期中，始终不会被卸载。因为Java虚拟机本身会始终引用这些类加载器，而这些类加载器则会始终引用它们所加载的类的Class对象，因此这些Class对象始终是可触及的。
• 由用户自定义的类加载器加载的类是可以被卸载的，如下图使用自定义加载器加载的类和对象，只要左侧三个引用变量置为null，类加载器生命周期结束、加载的Class对象生命周期结束、Sample对象生命周期结束，方法区的类信息也会被卸载。

是否同个类

在JVM中表示两个class对象是否为同一个类对象存在两个必要条件

1. 类的完整类名必须一致，包括包名。
2. 加载这个类的ClassLoader(指ClassLoader实例对象)必须相同。

获取Class对象的三种方式

Class类是反射机制的起源，我们得到Class类对象有3种方法：
第一种：通过类名获得
　　Class<?> class = ClassName.class;
第二种：通过类名全路径获得：
　　Class<?> class = Class.forName("类名全路径");
第三种：通过实例对象获得：
　　Class<?> class = object.getClass();

Class.forName()和ClassLoader.loadClass()区别

• Class.forName()：将类的.class文件加载到jvm中之外，还会对类进行解释，执行类中的static块；
• ClassLoader.loadClass()：只干一件事情，就是将.class文件加载到jvm中，不会执行static中的内容,只有在newInstance才会去执行static块。

注：
Class.forName(name, initialize, loader)带参函数也可控制是否加载static块。并且只有调用了newInstance()方法采用调用构造函数，创建类的对象 。