java类的加载

类加载的过程

任何程序都要先加载到内存中才能和CPU进行交流,而JVM中的ClassLoader(类加载器)就是负责提前将,class文件加载到内存中去的。
Java类加载的方式分为两种:
1、 隐试加载:代码执行过程中碰到通过new等方式生成对象时,隐试调用类加载器加载对应的类到JVM中
2、 显式加载:通过class.forname()等方法,显式加载需要的类

类加载的动态性体现:

程序时由很多个类来组成的,当程序启动的时候,JVM会先把保障程序运行的最基本的类一次性加载进来,其余的类在运行时随用随加载,这种方法好处是节省了内存开销。(因为最早java是为嵌入式系统而设计的,内存宝贵。用到时再加载也是java动态性的一种体现)

类加载器的分类

Java中的类加载器主要可以分为两类,一是系统提供的类加载器,一是由开发人员编写的自定义类加载器

  • 系统默认类加载器:

Bootstrp loader(引导类加载器):此加载器是用c++语言编写的,并不继承java.long.ClassLoader在java虚拟机启动后自动初始化,主要用来负责加载%JAVA_HOME%/jre/lib,-Xbootclasspath 参数指定的路径以及%JAVA_HOME%/jre/classes中的类

ExtClassLoader(扩展类加载器):此加载器由Bootstrp loader加载,其父加载器被设定为Bootstrp loader,ExtClassLoader是由java编写的,主要加载%JAVA_HOME%/jre/lib/ext下的所有classes目录。以及java.ext.dirs系统变量指定的路径中的类库。

AppClassLoader(系统类加载器):Bootstrp loader加载完ExtClassLoader后悔加载AppClassLoader,并且将AppClassLoader的父类指定为ExtClassLoader,AppClassLoader也是用java写的,它的实现类是sun.misc.launcher$AppClassLoader,另外ClassLoader中有个getSystemClassLoader()方法,返回的正是AppClassLoader。主要负责加载classpath所指定的位置的类或者jar文档,也是java程序默认的类加载器。

  • 自定义类加载器

除了系统提供的三个类加载器,开发者还可以通过继承java.lang.ClassLoader这个抽象类来实现自己的类加载器,以满足一些特殊需求。(java提供的默认加载器只加载指定目录下的jar和class,如果想加载其他位置的类或jar,默认的classLoader就不能满足需求了)
定义自己的类加载器分为两步:
1.继承java.lang.ClassLoader
2.重写父类的findClass方法

那么java是如何加载class的呢?

双亲委派机制

首先需要知道的是,java类加载遵循一个机制——Parents Delegation Model(双亲委派模型)
双亲委派机制:就是某个特定的类加载器在接收到加载类的请求时,除非显示的要求使用某一个类加载器,都会将加载任务委托给父类加载器,父类加载器又将加载任务继续向上委托,知道最终父类加载器,如果最终父类加载器可以完成此类的加载任务,就由其完成加载,如果不行就依次向下传递任务,由其子类加载器进行加载。

双亲委派有什么好处?

1、 出于安全考虑,这么做保证了java核心库的安全性,确保基础类永远都是由java提供的跟加载器来加载。
2、 可以避免重复加载,当父加载器已经加载了该类后,子类就没有必要再加载一次。
从以上两点出发,如果有人恶意篡改了基础类的代码(例如:java.lang.string)那他自己定义的java.lang.string将永远不会被加载进来,因为原始的String类已经在启动的时候就被加载进来了。

类加载的过程:

Java的类加载器是一个运行时核心基础设施模块,主要在启动的时候进行类的load(加载),link(链接)和init(初始化),
1、 Load阶段读取类文件产生二进制流,并转换为特定的数据结构,初步校验café babe魔法数、常量池、文件长度、是否有父类等,然后创建对应的java.lang.Class实例。
2、 Link阶段包括验证、准备、解析三个步骤,验证是更详细的校验,比如final是否合规、类型是否正确、静态变量是否合理等;准备阶段是为静态变量分配内存空间,并设定默认值,解析类和方法确保类与类之间的相互引用正确性,完成内存结构布局。
3、 Init阶段执行类构造器<clinit>方法,如果赋值运算是通过其他类的静态方法来完成的,那么会马上解析另外一个类,在虚拟机栈中执行完毕后通过返回值进行赋值。

类加载是一个将.class字节码文件实例化成Class对象并进行相关初始化的过程。在这个过程中,JVM会初始化继承树上还没有被初始化过的所有父类,并会执行这个链路上所有未执行过的静态代码块,静态变量赋值语句等,某些类在使用时,也可以按需由类加载器来进行加载。

创建类的两种方式:

全小写的class是关键字,用来定义类,而首字母大写的Class(大class对象),它表示所有class的类。
我们知道创建对象的时候一般是用new关键字来创建的,比如说我有一个clazz的类:

class Clazz{
    private String inner = “this is my attribute”,
    public void call() {
        System.out.printIn(“hello world”);
    }
    public String getInner() {
        return inner;
    }
}

那么我如果要创建clazz对象的话一般是用
Clazz clazz = new Clazz();
如果我创建了有参构造器的话那就是
Clazz clazz = new Clazz(“传一个inner的参数”);
但是我们还有另外的一种方法来获得一个对象,那就是通过类加载的方式来获得,即利用Class对象的getDeclaredConstructor().newInstance()的方法。(Class类下的newInstance()在JDK9中已设置为过时了,推荐使用上面的方法)可以获得一个clazz的对象:

    Class <Clazz> one = Clazz.class;
    Clazz clazz = one.getDeclaredConstructor().newInstance();

new和newinstance()的区别

那么两者有什么区别吗?
当然是有的啦,new关键字是强类型校验,可以调用类的任何构造方法,在使用new操作的时候,这个类可以没有被加载过。而Class类下的newInstance()弱类型校验的,它只能调用无参构造方法,如果没有默认的构造方法的话会抛出InstantiationException异常,如果此构造方法没有权限访问的话,会抛出IllegalAccessException异常。其实使用newInstance()的方法就是通过反射的机制来实现的啦,这种方式广泛的被应用在设计模式之中,可以通过这种方式来实现把类的实现与类的定义进行解耦。这种方式是实现面向接口编程、依赖倒置的必然选择
因为newInstance()调用的是无参构造方法,所以我们的类其实是没有初始化的,那么我们如何对类进行初始化呢?java的反射机制提供了一整套的方法来获取类的方法,属性等,比如说我可以通过Class对象来获取私有成员属性Field
Field privateFinalInone = one,getDeclaredfield(“inner”);
Field其实就是通过反射的方法把目标类里的一个属性抽象化为一个对象,他是所有目标类中属性的一个共性集合体,
我们知道上面我们在clazz类中设置的inner属性为私有的,我们获取后如果要对其进行初始化那么需要做一些事情,把私有对象的访问修改状态设置为true
privateFinalInone.setAccessible(ture)
然后就可以通过set方法对其进行赋值了
privateFinalInone.set(clazz, “初始化一下”);
set方法的两个参数分别是需要初始化的对象(即我们通过newInstance创建出来的clazz)和初始化的value(即clazz里inner属性的值)
这时我们调用clazz对象的getInner()方法打印出来返回的inner就是“初始化一下"啦

总结

类加载器是类似于原始部落的一种结构的,存在比较森严的权利等级制度。

  1. 最高一层就是部落里最牛的存在Bootstrap,它是在JVM启动时创建的,属于开天辟地的老祖宗,通常是由与操作系统相关的本地代码来实现,是最根基的类加载器,负责装载最核心的java类,如:Object、Ststem、String等;
  2. 第二层是在JDK9版本中称为Platform ClassLoader,即平台类加载器,用来加载一些扩展的系统类,比如XML、加密、解压相关的功能类等;JDK9以前的加载器是Extension Classloader;
  3. 第三层是Application ClassLoader的应用类加载器,主要是加载用户定义的CLASSPATH路径下的类。
  4. 余下的就是用户自定义的加载器啦


    双亲委派模型

双亲委派机制不是一个强制的模型

双亲委派机制是一个非强制的模型,用户可以自定义类加载器,除了bootstarp外其他的加载器并非一定要引入。
所以假如我们自己写了一个java.lang.String的类,我们可以替换调JDK本身的类吗?
当然不可以实现啦!为什么呢?因为双亲委托机制不是一个强制的模型,你完全可以自己写一个classLoader来加载自己写的java.lang.String类,但是你会发现也不会成功替换掉JDK的string类,具体就是因为因为Bootstarp这个类加载器是在JVM启动的时候就启动了,它是必定启动的一个加载器,而string类就是由它来负责加载的,所以针对java.*开头的类,jvm的实现中已经保证了必须由bootstarp来加载。java的核心类库的安全是由它这个老祖宗来守护的~~

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