JVM类加载机制浅析 (How ClassLoader load class file )

Java 运行时环境(JRE)是如何加载类的呢？ 这玩意水太深，就谈谈一个类是怎么加载的，jvm是怎么工作的。

JVM启动后有三个基本层次的类加载器，先上图：

其中bootstap classloader 是c++写的，jvm启动后，它加载java环境运行所需要的一些class文件（java.* javax.*等包），例如rt.jar,但还有其他的，大家要想看的话可以测试下看加载了哪些：

URL [] urls=sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();

     for (URL url:urls) {
              System.out.println(url.toExternalForm() );
     }

 

extension classloader ，它负责加载JRE的扩展目录（JAVA_HOME/jre/lib/ext或者由java.ext.dirs系统属性指定的）中JAR的类包。

Application classloader(也有叫system classloader)，就负责加载classpath里面设置的类。

概念性的东西不多讲，java的类加载都在java.lang.ClassLoader里面.采用委托机制。

来看看在运行时需要一个类时是怎么工作的吧。

1、jre需要一个类,假如为a.class，会让Application classloader找，

2、Application classloade 就委托他的上一层次加载器extension classloader找，

3、Extension classloader 委托他的上一层,让bootstap classloader 找，

4、Bootstrap classloader是最高层的，他就亲自找啊，但是没有找到，于是就告诉Extension classloader说他这没有，你自己找去。

5、Extesion classloader 就在ext目录下找，发现也没，于是说：“兄弟，哥这也没，你自己找去。”

6、于是application classloader就在classpath里面找，如果找到了返回给jre，如果没有找到，就告诉jre没找到，jre此时非常生气：“李大爷的，逗了这么大圈，居然没有找到，靠：ClassNotFoundException ”

 JVM类加载机制(ClassLoader)源码解析

其实JVM类加载机制，简单地说就是类管理，也就是我们生成的class文件。
三个步骤：装载(load)、链接(link)、解析(Resolve)、还有初始化(Initialize)
关于网上有很多讲解加载的方式，和调用的方式，还是几个基本的classLoader，这里就不在多描述了。
这里更多的是从源码上来讲解，达到理论结合实际。

首先是ClassLoader这个抽象类，这个是实现自定义类的基础。那么在调用的时候，首先都是调用loadClass这个方法，如图：

该方法调用的是一个重载方法loadClass(name,false)方法如图：

第一行注释很清楚的表示，从当前的类加载器里加载class文件，如果已经加载，就直接返回；不存在就加载；如果返回NULL，表示class文件不在这个类加载器的范围内。
这是就会执行if(c==null)下面的方法，就会去找父加载器(类加载器的整个结构是树形的，这里不多介绍)，如果父加载器不存在，就直接找到根加载器(根加载器一定存在)。
我们现在开始解析每个被调用方法。
首先看下findLoadedClass方法，如图：

该方法首先，校验类名是否正确(类似于 test.demo.Test.class)，校验成功后，调用本地方法findLoadedClass0方法。

接着是parent.loadClass(name,false)方法，该方法是重复的，只是对象不同而已，就不介绍了。
接着是findBootstrapClassOrNull方法，如图：

方式与findLoadedClass方法一样，就是本地调用是findBootstrapClass方法。
如果此时类还不存在，有一个findClass方法的调用。代码如图：

这里看上去觉得很奇怪，直接就抛一个空异常了，其实根据注释所说，就是自定义的类加载器需要实现这种方法。
为什么要实现这个方法呢？原因就是有些场景会需要通过网络传输的方式进行加载类（该类其实是在远程服务器上的），在很多地方就会用到，例如远程调用等技术。
具体的实现例子，在URLClassLoader里就有体现，这里暂不介绍。

最后是调用了resolveClass方法，代码如图：

这个方法很简单，主要是重新进行解析类，该解析主要是对所有的属性/方法调用是否存在、相应的权限(如private、public等)进行验证。那么为什么默认都是传入false呢？
那是因为是否需要更强的安全机制的检测，
另一个情况是类加载是无序的，会导致类链接不成功。
这里有个状态位的控制，主要是可能有些场景需要更严格的对类进行验证(目前我还没有使用到这样的场景)。

这里要注意的是：
类为什么是树形结构，主要就是安全，因为类加载器都是从不同的目录进行加载的(网上有介绍三个最基础的类加载器Bootstrap ClassLoader\Extension ClassLoader\System ClassLoader加载的默认目录，这里不多介绍)，所以用这种目录的方式来进行权限管理，常用都是使用classpath系统变量，如果我想自己定义一个加载目录，那么就需要实现自己的类加载器，进行相应的权限管理。
另外这个抽象类，实现了只是从本地进行加载类的方式，如果需要进行远程加载类，那么也需要实现自己的类加载器。

这里是类加载器的基本功能介绍，里面还有如何加载native Library 方法、class文件/包名相关安全验证等，在后续会继续介绍。