掘金后端 ( ) • 2024-06-26 14:24

类加载生命周期

类从被加载到Java虚拟机（JVM）内存开始，直至从内存中卸载，其完整的生命周期可分为七个阶段：

加载（Loading）：查找并导入二进制字节流（.class文件），创建类的Class对象。
验证（Verification）：确保被加载类的正确性，包括格式校验、语义校验、操作数栈和局部变量表的验证等。
准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存，并初始化为默认值（零值），但不执行任何实际的初始化赋值操作。
解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用，如将类方法表中的方法引用解析为实际的方法地址。
初始化（Initialization）：执行类构造器()方法，进行静态变量初始化和静态初始化块的执行。
使用（Using）：类被JVM使用，执行其定义的方法和字段操作。
卸载（Unloading）：当类不再被引用时，由垃圾收集器触发，卸载类的Class对象，释放其占用的内存资源。

其中，验证、准备和解析这三个阶段共同构成了连接（Linking）阶段。

在Java虚拟机（JVM）中，类加载器（ClassLoader）是负责加载类的组件，它负责从文件系统或网络中查找类的二进制数据，并转换成可在Java虚拟机内部使用的运行时数据结构（Class对象）。类加载器是Java平台实现动态类加载的关键组成部分，也是实现Java语言模块化和隔离的重要工具。

类加载器分类：

引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）：
- 这是最顶层的类加载器，由C++编写，嵌入在JVM内核中，负责加载核心类库，如rt.jar等。
- 由于引导类加载器是由C++实现的，所以在Java程序中通常显示为null，无法直接通过java.lang.ClassLoader的子类实例获取。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：
- 是由Java实现的，位于引导类加载器之下，负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下的类库，或者由java.ext.dirs系统变量指定的目录下的类库。
系统类加载器（Application ClassLoader）：
- 也称作应用程序类加载器，是Java程序默认的类加载器，负责加载classpath环境变量所指定的类库，通常是我们应用程序中的类加载入口。
自定义类加载器（Custom ClassLoader）：
- 开发者可以基于java.lang.ClassLoader类自定义类加载器，用于实现特定的类加载逻辑，例如从网络、数据库或者其他非传统途径加载类。

双亲委派模型：

类加载器在加载类时，遵循“双亲委派模型”。当一个类加载器收到类加载请求时，它首先将请求委派给父类加载器去加载，直到到达引导类加载器。只有当父加载器无法完成类加载请求（返回null）时，当前加载器才会尝试自己去加载类。
这种模型确保了类加载的有序性、稳定性以及安全性，特别是确保了Java基础类库的统一加载来源。

例如，当我们创建一个自定义类MyClass并继承自java.lang.Object时，类加载器会首先由系统类加载器尝试加载MyClass，然后沿着双亲委派链向上，如果需要的话，会加载Object类。即使MyClass在自定义类加载器中，基础类Object也会由引导类加载器加载。

双亲委派机制（父类委托机制）：

在双亲委派模型下，当一个类加载器收到类加载请求时，它首先会将请求转发给其父类加载器。这一过程递归向上，直到请求传递到启动类加载器。只有当父加载器无法完成类加载请求（即在其搜索范围内找不到所需类）时，当前加载器才会尝试自行加载。这个过程确保了Java核心类库的唯一性和安全性。

具体实现在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中，加载过程首先检查类是否已加载，未加载则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空，则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，子类加载器再调用自己的findClass()方法尝试加载类。例如：

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        // 若父加载器为空，则默认使用启动类加载器
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // 父加载器加载失败，尝试自己加载
                }
                if (c == null) {
                    c = findClass(name);
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义的类加载逻辑...
    }
}

例如，如果我们定义一个类Class A extends HttpServlet，在加载A类时，类加载器会按照双亲委派模型，先尝试由其父加载器加载HttpServlet及其依赖类，只有当父加载器无法完成加载时，才会由当前加载器尝试加载。

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