引入

Java源码.java文件存储程序逻辑，通过编译生成对应的.class字节码文件。.class文件中记录着Java代码转换后的虚拟机指令，每个.class文件开头都有特定标识等信息。

JVM需要每个类时，JVM加载其.class文件，加载相应字节码信息后，会创建对应的Class对象，这个过程叫做：Java虚拟机类加载机制。

总结来说：Java源码.java文件通过编译生成.class字节码文件，JVM将字节码文件读取进入内存，进行解析、运行等过程得出结果，这个过程就是类加载机制。

1. 类加载过程

类加载过程可以概括为三个步骤：加载(loading)—>链接(linking)—>初始化(initializing)

类加载过程可以分为7个阶段：

加载-->链接（验证-->准备-->解析）-->初始化-->使用-->卸载

• 加载：通过完全限定名查找Class文件二进制数据并将其加载到内存中

• 验证：确保被加载Class的正确性，对Class字节流数据进行校验，验证其是否符合JVM规范

• 准备：JVM为类变量（static）分配内存并初始化为默认值

• 解析：JVM针对类或接口、字段等7类引用进行解析，主要是将类中对常量池内的符号引用转换为直接引用

• 初始化: JVM根据语句执行顺序对类对象进行初始化

• 使用：JVM开始从入口方法开始执行用户的程序代码

• 卸载：JVM开始销毁创建的Class对象，负责运行的JVM也退出内存

2. 类加载器

JVM在加载类的过程中需要使用类加载器进行加载，Java支持四种类加载器，分别是：

• bootstrap classloader（启动类加载器）：加载java核心类库；
• extension classloader（扩展类加载器）：加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件；
• application classloader（应用程序类加载器）：加载当前应用的classpath下的所有类
• user classloader（用户自定义类加载器）：用户自定义的类加载器，可加载指定路径的class文件

四种类加载器存在着层级关系，如下图：

类加载器之间并不存在相互继承或包含关系，从上至下仅存在父加载器的层级引用关系。

3 双亲委派机制

3.1 什么是双亲委派机制

当一个类加载器收到了类加载的请求的时候，他不会直接去加载指定的类，而是把这个请求委托给自己的父加载器去加载。只有父加载器无法加载这个类的时候，才会由当前这个加载器来负责类的加载。

双亲委派的核心思想：自下向上检查类是否已经被加载；从上至下尝试加载类

（图源竹子爱熊猫）

【总结】

Java中提供了四种类加载器，四种类加载器存在层级关系，bootstrap--> extension--> Application --> User，双亲委派机制实际上就是一种选择机制，也就是说类加载的时候需要用哪个类加载器加载。双亲委派机制的逻辑是，当一个类加载器收到加载请求时，不会直接加载，而是把这个请求委托给自己的父加载器（上一级）来处理，如果父加载器都不处理，那就由自己去处理，如果自己也处理不了，那就抛出异常ClassNotFoundException。

3.2 为什么需要双亲委派机制

使用双亲委派机制能够避免两个问题：

• 问题一：避免同一个类在不同层级的类加载器中重复加载，如果父类加载器已经加载过一次，子类加载器就不用加载了；
• 问题二：保障核心类的安全，有效防止Java的核心API类在运行时被篡改，从而保证所有子类共享同一基础类，减少性能开销和安全隐患问题。例如：输过来一个java.lang.String类，需要被加载时会传到bootstrap类加载器，发现已经被加载，就不会再加载，避免了核心类被篡改的风险。

3.3 破坏双亲委派机制

• 自定义一个类加载器，重写loadClass方法；
• Tomcat可以加载自己目录下的class文件，并不会传递给父类的加载；
• Java的SPI(Service Provider Interface，如：JDBC），发起者BootstrapClassLoader已经是最上层了，直接获取了AppClassLoader进行驱动加载，违反了双亲委派机制。

3.4 双亲委派机制的实现

在Java中，所有的类加载器都间接的继承自ClassLoader类，包括Ext、App类加载器（Bootstrap除外，因为它是C++实现的）

参考资料