【Java】类加载器

文章目录

一、初步了解类加载器
二、类加载时机
三、类加载过程
四、类加载的分类
五、双亲委派模型
- 1）介绍
- 2）代码演示
六、ClassLoader 中的两个方法【应用】

一、初步了解类加载器

我们自己在写代码的时候，作为程序员，面对的是Java文件，当我们写完后我们就需要将Java文件编译成Class文件（字节码文件），虚拟机实际运行的文件是编译后的字节码文件，但是这个字节码文件自己是没有长腿的，它不会自己跑到虚拟机中去运行，因此此时就需要有一个人，将它搬到虚拟机中，而这个人就是我们今天要学习的 类加载器。

作用

负责将.class文件（存储在硬盘上的物理文件）加载在到内存中

二、类加载时机

简单理解：类什么时候会被加载到内存中？

并不是虚拟机一启动类就会加载到内存中，类加载时机一共有一下6种

有以下的几种情况：

创建类的实例（对象）
调用类的类方法（这里的类方法指的就是静态方法，静态方法是用类名直接调用的，不用创建对象）
访问类或者接口的类变量，或者为该类变量赋值（这里的类变量指的就是静态变量，此时也不需要创建对象）
使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象
初始化某个类的子类（例如创建Student对象，那么也需要将Student父类的字节码文件也加载到内存中。
直接使用java.exe命令来运行某个主类（运行一个类的时候，需要将该类的字节码文件加载到内存中。

总结而言：用到了就加载，不用不加载

三、类加载过程

类是在用到的时候才加载，不用是不加载的。

但是这个加载不是一下子嗖的一下就加载了，这个加载的过程还是比较复杂的。

它分为以下几步，其中 验证、准备、解析 又叫做 链接

下面我们就分别来学习一下这每一步都做了哪些事情。

1）加载

一开始字节码文件一定是存储在硬盘上的

首先通过全限定名（即全类名，包名 + 类名。使用全类名的原因是因为不同的包下可能会有相同的类名。），找到这个类的字节码文件，然后准备用流进行传输（在Java中所有的数据传输都是以流的方式进行传输的）
将这个字节流所代表的静态存储结构转化为运行时数据结构，即：通过刚刚得到的流将字节码文件加载到内存中，此时字节码文件已经到内存里面了。
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，任何类被使用时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象。

这句话的意思就是：当一个类加载到内存后，你是不能随便乱放的，此时虚拟机会创建这个类的class对象来存储类中的成员信息。

以 Student.class 为例，在内存中创建的就是 Student类 的class对象，在里面会存储 name、age 这些成员变量，以及 study()、sleep() 这些成员方法。

02_类加载过程加载

2）链接

在 加载 后，字节码文件已经到内存中了，并且在内存中会创建一个 class对象 用来存储类中的成员信息。

接下来学习 链接 中的 验证、准备、解析 ，首先来讲 验证。

① 验证

链接阶段的第一步，这一阶段为了确保Class文件字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身安全。

简单理解就是：看一下文件中的信息是否符合虚拟机规范，有没有安全隐患

03_类加载过程验证

② 准备

负责为类的类变量（被static修饰的变量，即静态变量）分配内存，并设置默认初始化值

即在刚刚创建的class对象中开辟一个小空间，用于初始化静态变量。

04_类加载过程准备

③ 解析

将类的二进制数据流中的符号引用替换为直接引用。

当一个字节码文件加载到内存中的时候，虚拟机会创建一个class对象，假设这个对象的地址值就是 0x0011，对象里面会记录类的成员信息。但是这些成员信息应该是有类型的，例如下图，name 的类型是 String，但是 String 是一个别的类的名字，但是 String 被内存加载到哪里在加载阶段还是不知道的，因此这里的 String 其实是使用符号替代的，这个就叫做 符号引用，假设这里的符号是 &&&。

到了 解析 这一步的时候，就会去找 String 这个类在哪里而且会把这个临时的符号变成实际的String的引用，假设 String类 的地址是 0x0022，那就把 &&& 变成 0x0022，这个就叫做 符号引用变成直接引用。

简单来说解析这一步：本类中如果用到了其他类，此时就需要找到对应的类

05_类加载过程解析

3）初始化

根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源

简单理解：静态变量赋值以及其他资源进行初始化

06_类加载过程初始化

3）总结

当一个类被使用的时候，才会加载到内存
类加载的过程: 加载、验证、准备、解析、初始化

四、类加载的分类

绝大多数的Java程序都会使用到以下系统提供的类加载器

Bootstrap class loader：初始化，虚拟机的内置类加载器，底层是用C++实现的，当虚拟机启动的时候，它会自动进行启动。通常表示为null ，并且没有父null
Platform class loader：平台类加载器，负责加载JDK中一些特殊的模块
System class loader：系统类加载器，也被称之为 应用程序类加载器 ，负责加载用户类路径上所指定的类库

一般情况下，我们自己写的大部分代码就是使用 系统类加载器 去加载到内存中的。

而这些类加载器它都有各自的加载范围，什么样的类该用哪种加载器去加载，这个在Java中已经规定好了，不需要我们再写额外的代码去实现了。

五、双亲委派模型

1）介绍

这个需要回忆一下我们刚刚学习的三种类加载器。

其中用的最多的就是 系统类加载器，如果有必要，我们还可以加入 自定义类加载器，这些类加载器的层级关系，我们就称之为：类加载器的双亲委派模型，在这个模型中，除了顶层的 启动类加载器 之外，其他的加载器都应该有自己的父类加载器。

例如 自定义类加载器 的父类就是 系统类加载器，系统类加载器 的父类就是 平台类加载器，平台类加载器 的父类就是 启动类加载器，由于 启动类加载器 是最顶层的，所以它上面就没有父类加载器了。

这里的父子关系并不是我们在代码中写的 extends，而是在逻辑上的继承。

假设我现在想要用最下面的类加载器去加载一个文件，它首先不会自己去尝试加载，而是把这个加载任务委派给父类加载器去完成，即 自定义类加载器 会委派给 系统类加载器，系统类加载器 还会委托给 平台类加载器完成 去完成，平台类加载器 继续委托给上面的启动类加载器去完成，启动类加载器是最顶层的了，所以它不会再往上委托了。

因此所有的加载请求最终都会传递到最顶层的 启动类加载器 中，所以这个传递委托的关系，我们也认为是逻辑上的继承。

当父类加载器无法完成这个加载请求的时候，它就会一层一层的往下返回。

启动类加载器 会返回给 平台类加载器，然后继续返回给 系统类加载器，最后返回给 自定义类加载器，一层一层往下返回，此时下面的子加载器才会尝试自己去加载我们想要的字节码文件。

在这个模型中， 自定义类加载器 我们平时用的不多，最为常见的就是 系统类加载器，在 Classloader 中有一个系统方法 getSystemClassLoader，就可以获取到 系统类加载器。

然后通过调用 getParent() 得到它的父类加载器 Platform Classloader，再去调用 getParent() 就可以得到 启动类加载器Bootstrap ClassLoader 。

2）代码演示

public class ClassLoaderDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

        //获取系统类加载器的父加载器 --- 平台类加载器
        ClassLoader classLoader1 = systemClassLoader.getParent();

        //获取平台类加载器的父加载器 --- 启动类加载器
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();

        System.out.println("系统类加载器" + systemClassLoader);
        System.out.println("平台类加载器" + classLoader1);
        System.out.println("启动类加载器" + classLoader2);

    }
}

运行结果如下，最顶层的 启动类加载器 一般都是用 null 来进行表示，因此此时控制台输出的就是 null。

六、ClassLoader 中的两个方法【应用】

方法介绍

方法名	说明
public static ClassLoader getSystemClassLoader()	获取系统类加载器，将这个加载器以 `ClassLoader` 的形式给我们返回
public InputStream getResourceAsStream(String name)	使用我们获取到类加载器去加载某一个资源文件参数就是资源文件的路径，返回值是一个字节流文件中的数据都在这个流中。

示例代码

public class ClassLoaderDemo2 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //static ClassLoader getSystemClassLoader() 获取系统类加载器
        //InputStream getResourceAsStream(String name)  加载某一个资源文件

        //获取系统类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();

        //利用加载器去加载一个指定的文件
        //参数：文件的路径，一般会写成相对路径
        //在以前学习的IO流中，相对路径是相对整个项目而言的，但是在类加载器中，相对路径是相对于src而言的。
        //返回值：字节流。
        InputStream is = systemClassLoader.getResourceAsStream("prop.properties");

        Properties prop = new Properties();
        prop.load(is);

        System.out.println(prop);

        is.close();
    }
}