类的加载classload和类对象的生成

在Java中最重要的可以说就是类的加载了。不论我们编写的功能多么复杂，或是多么简单，永远逃离不开的，就是将这个类从class文件加载到JVM中来。

类的加载过程

首先我们要了解一下类的加载过程，包括：加载、连接（验证、准备、解析）、初始化、使用、卸载。

加载：将根据类的全限定名找到对应的Class文件，将它加载进JVM中，并生成Class对象保存在堆中。

连接：

　　验证：检查加载进来的类信息是否满足我们JVM的规范。

　　准备：对类中的静态变量分配内存空间，并赋予原始值。对常量直接赋予指定的值。

　　解析：将类中的符号引用转变为直接引用。

初始化：为类中的静态变量赋值，执行静态代码块。

下面我们用一个类来验证一下：

public class Main7 {

    private final int z = 6;
    private final static int k = 1;
    private static int i = 5;
    private int j = 2;

    static {
        i = 10;
    }

    {
        i = 11;
        j=3;
    }

    public static void main(String[] args) {

    }
}

如上，我们定义一个Main7类，并对类中的每一步都打上断点：

 

然后点击debug运行：

第一步：程序最先进入到第9行代码，此时查看我们最下面的静态成员中，k由于是final static，被直接赋予了我们给它指定的值1。而i由于只是一个static，它被先赋予了默认值0。至于我们其他的两个变量z和j，此时是没有被初始化的。

注意：第八行代码在我们的程序运行中并没有被debug进入断点，但是实际上它是最先和i一起被初始化的。即说明，加载和连接两个步骤，是无法被我们的debug进入的。我们这里能进入断点的，也仅仅只是初始化步骤。(第九行之所以能进入是因为我们对i赋予了i=5，如果我们只定义static int i，则这行也不会被进入debug)

 

第二步：执行静态代码块。

第三步：结束。

由于我们的main方法中并没有内容，因此我们不会创建任何自定义类的对象。Main7中的static变量与static代码块之所以会被初始化，也是因为这是作为main方法所在的类，会被加载进JVM。

总结：由上面的结果可以总结如下几点：

1.类只会在第一次被调用时候进行加载。这个调用包括Main方法所在的类、调用类中的静态成员变量、执行类的静态方法、通过反射创建对象、new一个对象、子类被初始化。

2.类的加载不会初始化非static变量，也不会执行非static代码块。

类加载器

JDK默认给我们提供了三个类加载器：

BootStrap ClassLoad：最顶级的类加载器，使用C++编写，由JVM启动，默认加载%JAVA_HOME%/lib下的jar包和类。

Extension ClassLoad：扩展加载器，由BootStrap ClassLoad启动，父类加载器是BootStrap ClassLoad，默认加载%JAVA_HOME%/lib/ext下的jar包和类。

Application ClassLoad：应用加载器，由BootStrap ClassLoad启动，父类加载器是Extension ClassLoad。默认加载classpath下的jar包和类。

关系图如下：

我们查看一个自定义类的加载类：

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader cl = Main7.class.getClassLoader();
        while (cl != null) {
            System.out.println(cl.toString());
            cl = cl.getParent();
        }
    }

打印结果：

　　sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
　　sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@77459877

可以看到，上面只打印出来了两个ClassLoader对象，一个是AppClassLoader，这是自定义类的加载器，另一个是ExtClassLoader，这是自定义类加载器的父类加载器。

而我们再次通过getParent()方法获取ExtClassLoader对象的父类加载器时候，返回的结果等于null，因此跳出了循环。

我们再尝试一个由BootStrap ClassLoader加载的类String，查看它的类加载类

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader cl = String.class.getClassLoader();
        System.out.println(cl == null ? "cl is null" : cl.toString());
    }

打印结果：

cl is null

虽然BootStrap ClassLoader是ExtClassLoader的父类加载器，但是由于它是C++编写，因此在Java代码中，并没有任何的体现，如果一个类的类加载器是null，那么它就是由BootStrap ClassLoader启动。

下面我们来检验一下上面的说法，首先利用类加载器的双亲委派机制来确认。

双亲委派机制：类加载器加载一个类时，会先交由它的父类加载器加载，如果父类加载器的加载范围中有全限定名相同的类文件，则由父类加载器加载这个类，子类加载器不再加载。

意即：自定义加载器加载一个类Aclass，首先交给父类加载器AppClassLoader，AppClassLoader再交由它的父类加载器ExClassLoader，ExtClassLoader再交由它的父类加载器BootStrapClassLoader，BootStrapClassLoader没有父类加载器，因此检查自己的加载范围%JAVA_HOME%/lib下有没有这个类，没有则再由ExtClassLoader检查它的加载范围%JAVA_HOME%/lib/ext下有没有这个类，没有则再有AppClassLoader检查classpath下有没有这个类，没有则再交由自定义类加载器去它的路径下加载。其中一旦有一个类加载器找到这个类的class文件，就会由这个类加载器进行加载，它的子类加载器而不会在进行处理。

下面我们来查看一下类加载器(ClassLoader)的加载方法：

    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }

它这里接收一个全限定的二进制类名，然后调用loadClass(name,false)方法

    // 这个protected可以看到，是允许我们通过自定义类加载器来重写这个方法。
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {  //这里加锁，每一次只会有一个类被加载进来。而不会同时加载多个类。
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);  //首先检查Class对象中是否已经包含了这个类。即这个类是否已经被加载过了。
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) { //首先判断父类加载器不等于null，也就是说父类加载器不是BootStrap ClassLoader
                        c = parent.loadClass(name, false); //交由父类加载器加载。双亲委派机制
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);  //否则的话，从BootStrapClassLoader中查找该类
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) { //父类加载器中没有对应的class文件
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);  //调用findClass(name)从当前的类加载器中加载该类

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

从上面的代码里面可以看到，ClassLoader中明确指定了，当parent == null时，会调用findBootstrapClassOrNull(String)方法从BootStrapClassLoader中加载相关的类。

而且从ClassLoader的源码中我们也可以看到，如果我们要自定义自己的类加载器，只要继承ClassLoader，并重写loadclass(String)或findClass(String)方法即可。

下面我们来查看一下ClassLoader自带的findClass(String)方法。

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

可见，ClassLoader在这里采用了模版方法模式，将详细的加载类文件的方法交由它的子类去实现。

我们定义一个自定义类加载器

public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    // 加载器名称
    private String name;
    // 加载器的加载路径
    private String path;

    public MyClassLoader(String name, String path) {
        super();  // 采用默认的父类加载器，即为调用它的类的类加载器。一般是appClassLoader
        this.name = name;
        this.path = path;
    }

    public MyClassLoader(ClassLoader classLoader, String name, String path) {
        super(classLoader); //指定父类加载器
        this.name = name;
        this.path = path;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] bytes = readClassFile(name); //根据名称找到文件，并转为字节数组
        return super.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);  //将字节数组转为Class对象。
    }

    private byte[] readClassFile(String name) {
        byte[] bytes = null;
        InputStream is = null;

        String filename = path + "/" + name.replaceAll("\.", "/") + ".class";

        File file = new File(filename);

        ByteArrayOutputStream os = new ByteArrayOutputStream();

        try {
            is = new FileInputStream(file);
            int tmp = 0;
            while ((tmp = is.read()) != -1) {
                os.write(tmp);
            }
            bytes = os.toByteArray();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (is != null) {
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (os != null) {
                try {
                    os.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

        return bytes;
    }

}

我们定义一个用来被加载的测试类，将它编译后的class文件放在D://tmp目录下

public class Main5 {

    Main5() {
        System.out.println("Main5:" + this.getClass().getClassLoader().toString());
    }

}

客户端调用代码

public class Main11 {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        MyClassLoader mcl = new MyClassLoader("yxf", "d://tmp");
        Class c = mcl.loadClass("Main5");
        c.newInstance();
    }
}

输出结果：

Main5:main11.MyClassLoader@5b2133b1

 可见打印出来的类加载器正是我们自定义的MyClassLoader。

假如我们在classpath下同样也存放一个Main5的class对象。

再次运行我们的客户端调用代码，输出结果：

Main5:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

 这一次由于双亲委派机制，我们Main5类被加载时使用的是AppClassLoader。

我们修改一下客户端代码：

public class Main11 {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        MyClassLoader mcl = new MyClassLoader(null, "yxf", "d://tmp"); //指定了父类加载器null，即BootStrapClassLoader
        Class c = mcl.loadClass("Main5");
        c.newInstance();
    }
}

再次运行，输出结果：

Main55:main11.MyClassLoader@5b2133b1

 这一次是由于我们给自定义的类加载器指定了它的父类加载器BootStrapClassLoader，因此，即使我们在classpath下存放了一个Main5.class，也不会调用到AppClassLoader中去。