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# 一. 什麼是classLoader

當我們寫好一個Java程式之後，都是由若干個.class檔案組織而成的一個完整的Java應用程式，當程式在執行時，即會呼叫該程式的一個入口函式來呼叫系統的相關功能，而這些功能都被封裝在不同的class檔案當中，所以經常要從這個class檔案中要呼叫另外一個class檔案中的方法，如果另外一個檔案不存在的，則會引發系統異常。而程式在啟動的時候，並不會一次性載入程式所要用的所有class檔案，而是根據程式的需要，透過Java的類載入機制（ClassLoader）來動態載入某個class檔案到記憶體當中的，從而只有class檔案被載入到了記憶體之後，才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用來動態載入class檔案到記憶體當中用的。

# 二. Java中預設提供的三個ClassLoader

- BootStrap ClassLoader：稱為啟動類載入器，是Java類載入層次中最頂層的類載入器，負責載入JDK中的核心類庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等
- Extension ClassLoader：稱為擴充套件類載入器，負責載入Java的擴充套件類庫，預設載入JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
- App ClassLoader：稱為系統類載入器，負責載入應用程式classpath目錄下的所有jar和class檔案。

除了Java預設提供的三個ClassLoader之外，使用者還可以根據需要定義自已的ClassLoader，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類，也包括Java提供的另外二個ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在內，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因為它不是一個普通的Java類，底層由C++編寫，已嵌入到了JVM核心當中，當JVM啟動後，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動，負責載入完核心類庫後，並構造Extension ClassLoader和App ClassLoader類載入器。

# 三. ClassLoader原理

ClassLoader使用的是雙親委託模型來搜尋類的，每個ClassLoader例項都有一個父類載入器的引用（不是繼承的關係，是一個包含的關係），虛擬機器內建的類載入器（Bootstrap ClassLoader）本身沒有父類載入器，但可以用作其它ClassLoader例項的的父類載入器。當一個ClassLoader例項需要載入某個類時，它會試圖親自搜尋某個類之前，先把這個任務委託給它的父類載入器，這個過程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類載入器Bootstrap ClassLoader試圖載入，如果沒載入到，則把任務轉交給Extension ClassLoader試圖載入，如果也沒載入到，則轉交給App ClassLoader 進行載入，如果它也沒有載入得到的話，則返回給委託的發起者，由它到指定的檔案系統或網路等URL中載入該類。如果它們都沒有載入到這個類時，則丟擲ClassNotFoundException異常。否則將這個找到的類生成一個類的定義，並將它載入到記憶體當中，最後返回這個類在記憶體中的Class例項物件。

**為什麼要使用雙親委託模型？**

因為這樣可以避免重複載入，當父親已經載入了該類的時候，就沒有必要子ClassLoader再載入一次。考慮到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委託模式，那我們就可以隨時使用自定義的String來動態替代java核心api中定義的型別，這樣會存在非常大的安全隱患，而雙親委託的方式，就可以避免這種情況，因為String已經在啟動時就被引導類載入器（Bootstrcp ClassLoader）載入，所以使用者自定義的ClassLoader永遠也無法載入一個自己寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜尋類的預設演算法。

**JVM在搜尋類的時候，又是如何判定兩個class是相同的呢？**

JVM在判定兩個class是否相同時，不僅要判斷兩個類名是否相同，而且要判斷是否由同一個類載入器例項載入的。只有兩者同時滿足的情況下，JVM才認為這兩個class是相同的。就算兩個class是同一份class位元組碼，如果被兩個不同的ClassLoader例項所載入，JVM也會認為它們是兩個不同class。比如網路上的一個Java類org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之後生成位元組碼檔案NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個類載入器並讀取了NetClassLoaderSimple.class檔案，並分別定義出了java.lang.Class例項來表示這個類，對於JVM來說，它們是兩個不同的例項物件，但它們確實是同一份位元組碼檔案，如果試圖將這個Class例項生成具體的物件進行轉換時，就會拋執行時異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個不同的型別。

# 四. 定義自己的classLoader

**既然JVM已經提供了預設的類載入器，為什麼還要定義自已的類載入器呢**？

因為Java中提供的預設ClassLoader，只載入指定目錄下的jar和class，如果我們想載入其它位置的類或jar時，比如：我要載入網路上的一個class檔案，透過動態載入到記憶體之後，要呼叫這個類中的方法實現我的業務邏輯。在這樣的情況下，預設的ClassLoader就不能滿足我們的需求了，所以需要定義自己的ClassLoader。

**定義自已的類載入器分為兩步**：

- 繼承java.lang.ClassLoader
- 重寫父類的findClass方法

讀者可能在這裡有疑問，父類有那麼多方法，為什麼偏偏只重寫findClass方法？

因為JDK已經在loadClass方法中幫我們實現了ClassLoader搜尋類的演算法，當在loadClass方法中搜尋不到類時，loadClass方法就會呼叫findClass方法來搜尋類，所以我們只需重寫該方法即可。如沒有特殊的要求，一般不建議重寫loadClass搜尋類的演算法。

# 五. Java類載入的步驟

Java虛擬機器透過裝載、連線和初始化一個型別，使該型別可以被正在執行的Java程式使用。

- 裝載：把二進位制形式的Java型別讀入Java虛擬機器中。
- 連線：把裝載的二進位制形式的型別資料合併到虛擬機器的執行時狀態中去。 1. 驗證：確保Java型別資料格式正確並且適合於Java虛擬機器使用。 2. 準備：負責為該型別分配它所需記憶體。 3. 解析：把常量池中的符號引用轉換為直接引用。(可推遲到執行中的程式真正使用某個符號引用時再解析)
- 初始化：為類中的靜態變數變數賦適當的初始值，執行靜態程式碼塊

所有Java虛擬機器實現必須在每個類或介面首次主動使用時初始化。以下六種情況符合主動使用的要求：

- 當建立某個類的新例項時(new、反射、克隆、序列化)
- 呼叫某個類的靜態方法
- 使用某個類或介面的靜態欄位，或對該欄位賦值(用final修飾的靜態欄位除外，它被初始化為一個編譯時常量表示式)
- 當呼叫Java API的某些反射方法時。
- 初始化某個類的子類時。
- 當虛擬機器啟動時被標明為啟動類的類。

除以上六種情況，所有其他使用Java型別的方式都是被動的，它們不會導致Java型別的初始化。

>對於介面來說，只有在某個介面宣告的非常量欄位被使用時，該介面才會初始化，而不會因為事先這個介面的子介面或類要初始化而被初始化。

父類需要在子類初始化之前被初始化，所以這些類應該被裝載了。當實現了介面的類被初始化的時候，不需要初始化父介面。然而，當實現了父介面的子類(或者是擴充套件了父介面的子介面)被裝載時，父介面也要被裝載。(只是被裝載，沒有初始化)

Java常見知識點彙總（⑯）——類載入模型（class loader）

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