【JVM】JVM基础教程（二）

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类加载器

什么是类加载器（ClassLoader）

是Java虚拟机提供给应用程序去实现获取类和接口字节码数据的技术。

从这个定义可以得出结论：Java是允许开发者写点代码获取字节码信息的

类加载器只参与加载过程中的字节码获取并加载到内存这一部分

类加载的应用场景

类加载器的分类

类加载器分为两类

一类是Java代码中实现的
一类是Java虚拟机底层源码实现的

下图中

左边的属于第二类，我们Java开发者一般不用过多关注，这种类加载器保证我们程序运行时候的基础类调用的可靠性

右边的属于第一类，我们Java开发者要重点关注，这些类加载器继承自ClassLoader

类加载器的设计JDK8与8+的版本差别很大，9开始出现了模块化，所以8到9是一个分水岭

JDK8及以前的版本中默认的类加载器有如下几种：

不过学习编程一定要养成质疑的好习惯，真的只有三种类加载器吗？可以用Arthas查看一下

Arthas中类加载器相关的功能

类加载器的详细信息可以通过classloader命令查看：

classloader - 查看 classloader 的继承树，urls，类加载信息，使用 classloader 去 getResource

按类加载类型查看统计信息

发现Bootstrap加载器加载了3633个核心类

Application加载器加载了4个自定义类或者第三方类

似乎并没有上图的Extension加载器，这个加载器是用来加载通用类的

这个原因应该是由于图中使用的JDK版本是Oracle的，而我使用的是Adoptium Eclipse Temurin的

命名不同，源码不同

启动类加载器

启动类加载器（BootstrapClassLoader）是由Hotspot虚拟机提供的、使用C++编写的类加载器

默认加载Java安装目录/jre/lib下的类文件，比如rt.jar， tools.jar，resources.jar等

下图是Oracle OpenJDK的

这个图是Adoptium Eclipse Temurin的

看的出来还是有很多区别的

加载自定义jar包

有两种方式

放入jre/lib下进行扩展

不推荐，尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容，会出现即使放进去由于文件名不匹配的问题也不会正常地被加载

使用参数进行扩展

推荐，使用-Xbootclasspath/a:jar包目录/jar包名进行扩展

java -Xbootclasspath/a:/path/to/jar/my-library.jar -jar your-application.jar

Java中的默认类加载器

扩展类加载器和应用程序类加载器都是JDK中提供的，使用Java编写的类加载器
它们的源码都位于sun.misc.Launcher中，是一个静态内部类。继承自URLClassLoader。具备通过目录或者指定jar包将字节码文件加载到内存中

扩展类加载器

扩展类加载器（Extension Class Loader）是JDK中提供的、使用Java编写的类加载器

默认加载Java安装目录/jre/lib/ext下的类文件。

加载自定义jar包

放入/jre/lib/ext下进行扩展

不推荐，尽可能不要去更改JDK安装目录中的内容

使用参数进行扩展

推荐，使用-Djava.ext.dirs=jar包目录进行扩展,这种方式会覆盖掉原始目录，

可以用;(windows):(macos/linux) 追加上原始目录

java -Djava.ext.dirs=C:\path\to\jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_xx\jre\lib\ext -jar your-application.jar

双亲委派机制（重点）

我的理解：

在 Java 的类加载机制中，父类加载器无法加载某个类 的情况通常是因为 双亲委派模型 的约束。根据 Java 类加载的双亲委派机制，当父类加载器无法加载某个类时，才会将加载任务委派给子类加载器。换句话说，子类加载器只有在父类加载器尝试加载失败后才会介入。

每个由Java实现的类加载器中保存了一个成员变量叫 "父" （Parent）类加载器，并不是继承关系，可以理解为它的上级

应用程序类加载器的parent父类加载器是扩展类加载器
扩展类加载器的parent父类加载器是null，空的
启动类加载器使用C++编写，没有上级类加载器
在类加载的过程中，每个类加载器都会首先检查是否已经加载了该类，如果已经加载了则直接返回，否则会将加载请求委派给父类加载器

如果类加载的parent为null，则会提交给启动类加载器处理

如果所有的父类加载器都无法加载该类，则由当前类加载器自己尝试加载。所以看上去是自顶向下的顺序尝试加载

不过一般什么情况下，连parent父类加载器都无法加载呢？

比如：

1.类不存在于父类加载器的加载路径中

类加载器通常会根据类的路径（如文件系统路径、JAR 包等）来加载类。如果类文件不在父类加载器的路径中，父类加载器就无法加载该类。此时，父类加载器会把加载请求交给子类加载器。

示例：假设父类加载器负责加载 Java 标准库中的类，而应用程序类（如自定义的类）则由应用类加载器来加载。

路径问题 ：如果你尝试加载的类 MyClass 是应用程序的自定义类，而不是 Java 标准库类，父类加载器（系统类加载器）将无法在其默认路径中找到该类，它会将加载请求交给子加载器（比如应用程序的类加载器）去加载。

2.类加载器的职责范围不同

在 双亲委派模型 中，类加载器有不同的职责范围。例如：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader） 主要加载 Java 标准库中的核心类（如 java.lang.*）。

扩展类加载器（Extension ClassLoader） 加载 JDK 扩展目录中的类。

系统类加载器（System ClassLoader） 或应用类加载器，主要负责加载应用程序代码。

这些类加载器的职责范围是不同的，如果一个类属于某个类加载器的职责范围外，父加载器就无法加载该类，并会将加载请求交给下一级加载器。例如，系统类加载器无法加载核心类库中的类，因为这些类是由启动类加载器加载的。

还有很多情况，我大致总结了一下

父类加载器被显式禁止加载某些类

类加载器的命名空间冲突

父类加载器加载失败或发生异常

自定义类加载器的特性

动态代理与反射生成的类可能无法加载

第二次再去加载相同的类，仍然会向上进行委派，如果某个类加载器加载过就会直接返回

再看一个案例：

先自下而上查找每个加载器的加载目录

发现都没加载过，那么开始自上而下挨个尝试加载，若最上面的不能加载，就向下挨个尝试

双亲委派机制的作用（重点）

保证类加载的安全性

通过双亲委派机制，让顶层的类加载器去加载核心类，避免恶意代码替换JDK中的核心类库，比如java.lang.String，确保核心类库的完整性和安全性

避免重复加载

双亲委派机制可以避免同一个类被多次加载，上层的类加载器如果加载过类，就会直接返回，避免重复加载

Arthas中类加载器相关的功能

类加载器的继承关系可以通过classloader -t查看

解决三个问题

上文说过，Java允许开发者用Java代码调用类加载器，

那么如何使用代码主动加载一个类呢？

**方式1：**使用Class.forName()方法，使用当前类的类加载器去加载指定的类

java 复制代码

public class MyTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 动态加载类
        Class<?> aClass = Class.forName("com.autismbtkrsr.demo21.MyTest");
        // 创建实例
        aClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
        System.out.println("加载类：" + aClass.getName());
    }
}

**方法2：**获取到类加载器，通过类加载器的loadClass方法指定某个类加载器进行加载

java 复制代码

public class MyTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        // 获取main方法所在类的类加载器，应用程序类加载器
        Class<MyTest> aClass = MyTest.class;
        ClassLoader classLoader = aClass.getClassLoader();

        // 使用程序类加载器加载 com.autismbtkrsr.demo21.MyTest
        Class<?> aClass1 = classLoader.loadClass("com.autismbtkrsr.demo21.MyTest");
        System.out.println(aClass1.getClassLoader());
        System.out.println("加载类：" + aClass1.getName());
    }
}

打破双亲委派机制（重点）

三种方式

打破双亲委派机制的三种方式

自定义类加载器

一个Tomcat程序中是可以运行多个Web应用的，如果这两个应用中出现了相同限定名的类，比如Servlet类， Tomcat要保证这两个类都能加载并且它们应该是不同的类。
如果不打破双亲委派机制，当应用类加载器加载Web应用1中的MyServlet之后，Web应用2中相同限定名的 MyServlet类就无法被加载了