类的加载机制（一）

首先，我们以一个最经典的例子来让大家知道什么是类的加载机制，上代码：

class Singleton{

    private static Singleton singleton=new Singleton();

    private static int counter1;

    private static int counter2 = 0;

    public Singleton() {

       counter1++;

       counter2++;

    }

    public static int getCounter1() {

       return counter1;

    }

    public static int getCounter2() {

       return counter2;

    }

    
    public static Singleton getInstance(){

       return singleton;

    }

}


public class ClassLoaderTest {


    @SuppressWarnings("static-access")

    public static void main(String[] args) {

       Singleton singleton=Singleton.getInstance();

       System.out.println("counter1:"+singleton.getCounter1());

       System.out.println("counter2:"+singleton.getCounter2());

    }

}

我们先猜测一下运行结果,然后我们再来调换一下单实例生成的顺序，将：

    private static Singleton singleton=new Singleton();

    private static int counter1;

    private static int counter2 = 0;

修改为

    private static int counter1;

    private static int counter2 = 0;

    private static Singleton singleton=new Singleton();

然而我们会惊奇的发现，结果不一样，第一个结果是counter1=1，counter2=0   第二个结果是 counter1=1，counter2=1, 这是为什么呢，下面我们一起来学习类的加载机制。

java虚拟机与程序的生命周期

　　- 执行了System.exit()方法

　　- 程序正常执行结束

　　- 程序在执行过程中遇到了异常或错误而终止

　　- 由于操作系统出现错误导致java虚拟机进程终止

在如上几种情况下，java虚拟机将结束自己的生命周期

类的生命周期

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段。其中准备、验证、解析3个部分统称为连接（Linking）。如图所示。

加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也称为动态绑定或晚期绑定）。

加载

查找并加载类的二进制数据，加载是类加载过程中的第一个阶段，在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

• 类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读取到内存中
• 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内的数据结构

类加载的最终产品书位于堆区中的Class对象

Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并像java程序员提供了访问方法去内的数据结构的接口。

Java程序对类的使用方式可以分为两种：

-主动使用（六种）

1，创建类的实例

2，访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

3，调用类的静态方法

4，反射（Class.forName（“com.jack.test”））

5，初始化一个类的子类

6，Java虚拟机启动时被标明为启动类的类

-被动使用（除以上6种情况外，其他情况均为被动使用）

类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它，JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误（LinkageError错误），如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。

加载.class文件的方式：

• 从本地系统中直接加载
• 通过网络下载.class文件
• 从zip，jar等归档文件中加载.class文件
• 从专有数据库中提取.class文件
• 将Java源文件动态编译为.class文件

类加载器

不同的类加载器负责的组件不同，可分为2种类型

• 自定义类加载器（java.lang.classLoader的自来）
• java虚拟机自带类加载器

java虚拟机自带类加载器按类型又可分为三种类型：

• 启动类加载器：Bootstrap ClassLoader    C/C++实现的  负责加载存放在JDKjrelib(JDK代表JDK的安装目录，下同)下，或被-Xbootclasspath参数指定的路径中的，并且能被虚拟机识别的类库（如rt.jar，所有的java.开头的类均被Bootstrap ClassLoader加载）。启动类加载器是无法被Java程序直接引用的。

• 扩展类加载器：Extension ClassLoader    使用java代码实现 该加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载JDKjrelibext目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库（如javax.开头的类），开发者可以直接使用扩展类加载器。

• 应用程序类加载器：Application ClassLoader    使用java代码实现 该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

我们先来看下类加载器的相关API

 

每个Class对象都包含了一个对定义的Classloader的定义，也就是说通过Class我们可以拿到对应的Classloader，那我们再来看一下Class这个对象如何拿到Classloader。

Class对象有一个getClassLoader的方法用于返回该类的类加载器，但有些实现可能使用null来标识引导类加载器（根类加载器）。也就是说当我们使用根加载器加载的对象使用此方法获取到的ClassLoader是null，为什么是这样呢？前面我们也已经说了，根类加载器是使用C++编写的，JVM不能够也不允许程序员获取该类，所以返回的是null，下面还有一句，如果此对象表示的是一个基本类型或void，则返回null，其实进一步的含义就是：Java中所有的基本数据类型都是由根加载器加载的！（JDK1.5以后将void纳入为基本数据类型）！

下面我们通过代码来具体来看一下类的相关加载器！（看下面一段代码）

public class ClassLoaderTest {


    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

       System.out.println(Class.forName("java.lang.String").getClassLoader());

    }

}

刚才我们已经说了，基本数据类型使用根类加载器加载的，因此本类中java.lang.String获取类加载器返回的结果应该是null。运行结果如下：

查看自定义的类加载器：

public class ClassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

    System.out.println(Class.forName("com.jvm.classloader.test.ClassLoaderTest").getClassLoader());

    }

}

我们可以看到运行结果是AppClassLoader执行的，即应用类加载器（系统类加载器）

双亲委派模型

双亲委派模型的工作流程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上，因此，所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需的类时，即无法完成该加载，子加载器才会尝试自己去加载该类。

双亲委派机制:

1. 当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。
2. 当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。
3. 如果BootStrapClassLoader加载失败（例如在$JAVA_HOME/jre/lib里未查找到该class），会使用ExtClassLoader来尝试加载；
4. 若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载，如果AppClassLoader也加载失败，则会报出异常ClassNotFoundException。

双亲委派模型意义：

• 系统类防止内存中出现多份同样的字节码
• 保证Java程序安全稳定运行

层次关系如下图：