JVM虛擬機-類加載器子系統

轉自博客：http://www.cnblogs.com/muffe/p/3541189.html   還有一些自己補充的知識點

一、類加載器基本概念

　　顧名思義，類加載器（class loader）用來加載 Java 類到 Java 虛擬機中。一般來說，Java 虛擬機使用 Java 類的方式如下：Java 源程序（.java 文件）在經過 Java 編譯器編譯之后就被轉換成 Java 字節代碼（.class 文件）。類加載器負責讀取 Java 字節代碼，並轉換成java.lang.Class類的一個實例。每個這樣的實例用來表示一個 Java 類。通過此實例的 newInstance()方法就可以創建出該類的一個對象。實際的情況可能更加復雜，比如 Java 字節代碼可能是通過工具動態生成的，也可能是通過網絡下載的。但第二次實例化一個類時，就從對應Class類newInstance()，不用每次都讀取.class文件。 

二、類加載過程

一、JVM將整個類加載過程划分為了三個步驟：

（1）裝載（加載）

      裝載過程負責找到二進制字節碼並加載至JVM中，JVM通過類名、類所在的包名通過ClassLoader來完成類的加載，同樣，也采用以上三個元素來標識一個被加載了的類：類名+包名+ClassLoader實例ID，因此不同類加載器加載相同的類是不同的。有繼承，將先在加載父類。

　　將類.class文件中的二進制數據讀入到內存中，將其放在運行時數據區的方法區內，然后在堆區創建一個java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區中的數據結構

（2）鏈接

      鏈接過程負責對二進制字節碼的格式進行：校驗、解析類中調用的接口、類。校驗是防止不合法的.class文件，然后 對類中的所有屬性、調用方法進行解析，以確保其需要調用的屬性、方法存在，以及具備應的權限（例如public、private域權限等），會造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等錯誤信息。

　　連接：

　　　　a、驗證：確保被加載的類的正確性

　　　　b、准備：為類的靜態變量分配內存，並將其初始化為默認值

　　　　c、解析： 把類中的符號引用轉化為直接引用

（3）初始化

      初始化過程即為執行類中的靜態初始化代碼、構造器代碼以及靜態屬性的初始化。

　　在四種情況下初始化過程會被觸發執行：

      調用了new；

　　反射調用了類中的方法；

　　子類調用了初始化（先執行父類靜態代碼和靜態成員，再執行子類靜態代碼和靜態變量，然后調用父類構造器，最后調用自身構造器。）；

　　JVM啟動過程中指定的初始化類。 

三、類加載器的代理模式（雙親委派模型）

　　類加載器在嘗試自己去查找某個類的字節代碼並定義它時，會先代理給其父類加載器，由父類加載器先去嘗試加載這個類，依次類推。

具體過程詳見《http://baike.baidu.com/link?url=AN43X7Jb8MPxU8gX3-I5Twu0-YjqRz--cWMOQjOue3uMAh-8kELZC0pZpBfVTpeuVJ_YtxUczSGcpqDE69yNwq》。類推順序如下：

注意這不是繼承關系，而是代理關系。 主要分為以下幾類：

(1) Bootstrap ClassLoader

      這是JVM的根ClassLoader，它是用C++實現的，JVM啟動時初始化此ClassLoader，並由此ClassLoader完成$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar（Sun JDK的實現）中所有class文件的加載，這個jar中包含了java規范定義的所有接口以及實現。

(2) Extension ClassLoader

     JVM用此classloader來加載擴展功能的一些jar包

(3) System ClassLoader或者AppClassLoader

      JVM用此classloader來加載啟動參數中指定的Classpath中的jar包以及目錄，在Sun JDK中ClassLoader對應的類名為AppClassLoader。

(4) User-Defined ClassLoader

       User-DefinedClassLoader是Java開發人員繼承ClassLoader抽象類自行實現的ClassLoader，基於自定義的ClassLoader可用於加載非Classpath中的jar以及目錄

注意：

1、所有的類加載器都繼承與ClassLoader類。並且BootstrapClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader繼承於Java.net.URLClassLoader，可以從本地和網上下載字節碼。URLClassLoader繼承ClassLoader。；

2、BootstrapClassLoader是最先加載的，它然后依次加載出ExtClassLoader、AppClassLoader對象。

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、加載.class文件的方式

　　1、從本地內存系統中直接加載

　　2、通過網絡下載.class文件

　　3、子類調用了初始化（父類靜態代碼>子類靜態代碼>父類構造器>子類構造器）

　　4、JVM啟動過程中指定的初始化類

五、Class類

      Java程序在運行時，Java運行時系統一直對所有的對象進行所謂的運行時類型標識。這項信息紀錄了每個對象所屬的類。虛擬機通常使用運行時類型信息選准正確方法去執行，用來保存這些類型信息的類是Class類。Class類封裝一個對象和接口運行時的狀態，當裝載類時，Class類型的對象自動創建。
      Class 沒有公共構造方法。Class 對象是在加載類時由 Java 虛擬機以及通過調用類加載器中的 defineClass 方法自動構造的，因此不能顯式地聲明一個Class對象。

（一） 如何得到Class的對象呢？有三種方法可以的獲取：
    1、調用Object類的getClass()方法來得到Class對象，這也是最常見的產生Class對象的方法。例如：
    MyObject x;
    Class c1 = x.getClass();
    2、使用Class類的中靜態forName()方法獲得與字符串對應的Class對象。例如： 
    Class c2=Class.forName("MyObject"),Employee必須是接口或者類的名字。
    3、獲取Class類型對象的第三個方法非常簡單。如果T是一個Java類型，那么T.class就代表了匹配的類對象。例如
    Class cl1 = Manager.class;
    Class cl2 = int.class;
    Class cl3 = Double[].class;
    注意：Class對象實際上描述的只是類型，而這類型未必是類或者接口。例如上面的int.class是一個Class類型的對象。由於歷史原因，數組類型的getName方法會返回奇怪的名字。

（二） Class類的常用方法
    1、getName() 
    一個Class對象描述了一個特定類的屬性，Class類中最常用的方法getName以 String 的形式返回此 Class 對象所表示的實體（類、接口、數組類、基本類型或 void）名稱。

    2、newInstance()
    Class還有一個有用的方法可以為類創建一個實例，這個方法叫做newInstance()。例如：
    x.getClass.newInstance()，創建了一個同x一樣類型的新實例。newInstance()方法調用默認構造器（無參數構造器）初始化新建對象。

    3、getClassLoader() 
    返回該類的類加載器。

    4、getComponentType() 
    返回表示數組組件類型的 Class。

    5、getSuperclass() 
    返回表示此 Class 所表示的實體（類、接口、基本類型或 void）的超類的 Class。

    6、isArray() 
    判定此 Class 對象是否表示一個數組類。

（三） Class的一些使用技巧
    1、forName和newInstance結合起來使用，可以根據存儲在字符串中的類名創建對象。例如
    Object obj = Class.forName(s).newInstance();

    2、虛擬機為每種類型管理一個獨一無二的Class對象。因此可以使用==操作符來比較類對象。例如：
    if(e.getClass() == Employee.class)...

（四）Class的詳細方法 

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