JVM虚拟机-类加载器子系统

转自博客：http://www.cnblogs.com/muffe/p/3541189.html 还有一些自己补充的知识点

一、类加载器基本概念

　　顾名思义，类加载器（class loader）用来加载 Java 类到 Java 虚拟机中。一般来说，Java 虚拟机使用 Java 类的方式如下：Java 源程序（.java 文件）在经过 Java 编译器编译之后就被转换成 Java 字节代码（.class 文件）。类加载器负责读取 Java 字节代码，并转换成java.lang.Class类的一个实例。每个这样的实例用来表示一个 Java 类。通过此实例的 newInstance()方法就可以创建出该类的一个对象。实际的情况可能更加复杂，比如 Java 字节代码可能是通过工具动态生成的，也可能是通过网络下载的。但第二次实例化一个类时，就从对应Class类newInstance()，不用每次都读取.class文件。

二、类加载过程

一、JVM将整个类加载过程划分为了三个步骤：

（1）装载（加载）

装载过程负责找到二进制字节码并加载至JVM中，JVM通过类名、类所在的包名通过ClassLoader来完成类的加载，同样，也采用以上三个元素来标识一个被加载了的类：类名+包名+ClassLoader实例ID，因此不同类加载器加载相同的类是不同的。有继承，将先在加载父类。

　　将类.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区中的数据结构

（2）链接

链接过程负责对二进制字节码的格式进行：校验、解析类中调用的接口、类。校验是防止不合法的.class文件，然后对类中的所有属性、调用方法进行解析，以确保其需要调用的属性、方法存在，以及具备应的权限（例如public、private域权限等），会造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等错误信息。

　　连接：

　　　　a、验证：确保被加载的类的正确性

　　　　b、准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值

　　　　c、解析：把类中的符号引用转化为直接引用

（3）初始化

初始化过程即为执行类中的静态初始化代码、构造器代码以及静态属性的初始化。

　　在四种情况下初始化过程会被触发执行：

调用了new；

　　反射调用了类中的方法；

　　子类调用了初始化（先执行父类静态代码和静态成员，再执行子类静态代码和静态变量，然后调用父类构造器，最后调用自身构造器。）；

　　JVM启动过程中指定的初始化类。

三、类加载器的代理模式（双亲委派模型）

　　类加载器在尝试自己去查找某个类的字节代码并定义它时，会先代理给其父类加载器，由父类加载器先去尝试加载这个类，依次类推。

具体过程详见《http://baike.baidu.com/link?url=AN43X7Jb8MPxU8gX3-I5Twu0-YjqRz--cWMOQjOue3uMAh-8kELZC0pZpBfVTpeuVJ_YtxUczSGcpqDE69yNwq》。类推顺序如下：

注意这不是继承关系，而是代理关系。主要分为以下几类：

(1) Bootstrap ClassLoader

这是JVM的根ClassLoader，它是用C++实现的，JVM启动时初始化此ClassLoader，并由此ClassLoader完成$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar（Sun JDK的实现）中所有class文件的加载，这个jar中包含了java规范定义的所有接口以及实现。

(2) Extension ClassLoader

JVM用此classloader来加载扩展功能的一些jar包

(3) System ClassLoader或者AppClassLoader

JVM用此classloader来加载启动参数中指定的Classpath中的jar包以及目录，在Sun JDK中ClassLoader对应的类名为AppClassLoader。

(4) User-Defined ClassLoader

User-DefinedClassLoader是Java开发人员继承ClassLoader抽象类自行实现的ClassLoader，基于自定义的ClassLoader可用于加载非Classpath中的jar以及目录

注意：

1、所有的类加载器都继承与ClassLoader类。并且BootstrapClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader继承于Java.net.URLClassLoader，可以从本地和网上下载字节码。URLClassLoader继承ClassLoader。；

2、BootstrapClassLoader是最先加载的，它然后依次加载出ExtClassLoader、AppClassLoader对象。

public abstract class ClassLoader {

    // The parent class loader for delegation

    private final ClassLoader parent;

    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {

        return loadClass(name, false);

    }

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {

        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {

            // First, check if the class has already been loaded

            Class<?> c = findLoadedClass(name);

            if (c == null) {

                try {

                    if (parent != null) {

                        c = parent.loadClass(name, false);

                    } else {

                        c = findBootstrapClassOrNull(name);

                    }

                } catch (ClassNotFoundException e) {

                    // ClassNotFoundException thrown if class not found

                    // from the non-null parent class loader

                }

                if (c == null) {

                    // If still not found, then invoke findClass in order

                    // to find the class.

                    c = findClass(name);

                }

            }

            if (resolve) {

                resolveClass(c);

            }

            return c;

        }

    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

        throw new ClassNotFoundException(name);

    }

}

四、加载.class文件的方式

　　1、从本地内存系统中直接加载

　　2、通过网络下载.class文件

　　3、子类调用了初始化（父类静态代码>子类静态代码>父类构造器>子类构造器）

　　4、JVM启动过程中指定的初始化类

五、Class类

Java程序在运行时，Java运行时系统一直对所有的对象进行所谓的运行时类型标识。这项信息纪录了每个对象所属的类。虚拟机通常使用运行时类型信息选准正确方法去执行，用来保存这些类型信息的类是Class类。Class类封装一个对象和接口运行时的状态，当装载类时，Class类型的对象自动创建。
Class 没有公共构造方法。Class 对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的 defineClass 方法自动构造的，因此不能显式地声明一个Class对象。

（一）如何得到Class的对象呢？有三种方法可以的获取：
    1、调用Object类的getClass()方法来得到Class对象，这也是最常见的产生Class对象的方法。例如：
    MyObject x;
    Class c1 = x.getClass();
    2、使用Class类的中静态forName()方法获得与字符串对应的Class对象。例如：
    Class c2=Class.forName("MyObject"),Employee必须是接口或者类的名字。
    3、获取Class类型对象的第三个方法非常简单。如果T是一个Java类型，那么T.class就代表了匹配的类对象。例如
    Class cl1 = Manager.class;
    Class cl2 = int.class;
    Class cl3 = Double[].class;
    注意：Class对象实际上描述的只是类型，而这类型未必是类或者接口。例如上面的int.class是一个Class类型的对象。由于历史原因，数组类型的getName方法会返回奇怪的名字。

（二） Class类的常用方法
1、getName()
一个Class对象描述了一个特定类的属性，Class类中最常用的方法getName以 String 的形式返回此 Class 对象所表示的实体（类、接口、数组类、基本类型或 void）名称。

    2、newInstance()
    Class还有一个有用的方法可以为类创建一个实例，这个方法叫做newInstance()。例如：
    x.getClass.newInstance()，创建了一个同x一样类型的新实例。newInstance()方法调用默认构造器（无参数构造器）初始化新建对象。

3、getClassLoader()
返回该类的类加载器。

4、getComponentType()
返回表示数组组件类型的 Class。

5、getSuperclass()
返回表示此 Class 所表示的实体（类、接口、基本类型或 void）的超类的 Class。

6、isArray()
判定此 Class 对象是否表示一个数组类。

（三） Class的一些使用技巧
1、forName和newInstance结合起来使用，可以根据存储在字符串中的类名创建对象。例如
Object obj = Class.forName(s).newInstance();

2、虚拟机为每种类型管理一个独一无二的Class对象。因此可以使用==操作符来比较类对象。例如：
if(e.getClass() == Employee.class)...

（四）Class的详细方法

　　http://blog.csdn.net/a379039233/article/details/6158816