一JVM类加载机制

　　类加载运行全过程
　　当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时，首先需要通过类加载器把主类加载到JVM。publicclassMath｛publicstaticfinalintinitData666；publicstaticUserusernewUser（）；publicintcompute（）｛一个方法对应一块栈帧内存区域inta1；intb2；intc（ab）10；returnc；｝publicstaticvoidmain（String〔〕args）｛MathmathnewMath（）；math。compute（）；｝｝
　　通过Java命令执行代码的大体流程如下：
　　其中loadClass的类加载过程有如下几步：
　　加载验证准备解析初始化使用卸载
　　加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件，使用到类时才会加载，例如调用类的main（）方法，new对象等等，在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的java。lang。Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口
　　验证：校验字节码文件的正确性
　　准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
　　解析：将符号引用替换为直接引用，该阶段会把一些静态方法（符号引用，比如main（）方法）替换为指向数据所存内存的指针或句柄等（直接引用），这是所谓的静态链接过程（类加载期间完成），动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用，下节课会讲到动态链接
　　初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块
　　类被加载到方法区中后主要包含运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用、对应class实例的引用等信息。
　　类加载器的引用：这个类到类加载器实例的引用
　　对应class实例的引用：类加载器在加载类信息放到方法区中后，会创建一个对应的Class类型的对象实例放到堆（Heap）中，作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。
　　注意：主类在运行过程中如果使用到其它类，会逐步加载这些类。jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。publicclassTestDynamicLoad｛static｛System。out。println（loadTestDynamicLoad）；｝publicstaticvoidmain（String〔〕args）｛newA（）；System。out。println（loadtest）；Bbnull；B不会加载，除非这里执行newB（）｝｝classA｛static｛System。out。println（loadA）；｝publicA（）｛System。out。println（initialA）；｝｝classB｛static｛System。out。println（loadB）；｝publicB（）｛System。out。println（initialB）；｝｝运行结果：loadTestDynamicLoadloadAinitialAloadtest类加载器和双亲委派机制
　　上面的类加载过程主要是通过类加载器来实现的，Java里有如下几种类加载器
　　引导类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如rt。jar、charsets。jar等
　　扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包
　　应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那些类
　　自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包
　　看一个类加载器示例：publicclassTestJDKClassLoader｛publicstaticvoidmain（String〔〕args）｛System。out。println（String。class。getClassLoader（））；System。out。println（com。sun。crypto。provider。DESKeyFactory。class。getClassLoader（）。getClass（）。getName（））；System。out。println（TestJDKClassLoader。class。getClassLoader（）。getClass（）。getName（））；System。out。println（）；ClassLoaderappClassLoaderClassLoader。getSystemClassLoader（）；ClassLoaderextClassloaderappClassLoader。getParent（）；ClassLoaderbootstrapLoaderextClassloader。getParent（）；System。out。println（thebootstrapLoader：bootstrapLoader）；System。out。println（theextClassloader：extClassloader）；System。out。println（theappClassLoader：appClassLoader）；System。out。println（）；System。out。println（bootstrapLoader加载以下文件：）；URL〔〕urlsLauncher。getBootstrapClassPath（）。getURLs（）；for（inti0；iurls。length；i）｛System。out。println（urls〔i〕）；｝System。out。println（）；System。out。println（extClassloader加载以下文件：）；System。out。println（System。getProperty（java。ext。dirs））；System。out。println（）；System。out。println（appClassLoader加载以下文件：）；System。out。println（System。getProperty（java。class。path））；｝｝运行结果：nullsun。misc。LauncherExtClassLoadersun。misc。LauncherAppClassLoaderthebootstrapLoader：nulltheextClassloader：sun。misc。LauncherExtClassLoader3764951dtheappClassLoader：sun。misc。LauncherAppClassLoader14dad5dcbootstrapLoader加载以下文件：file：D：devJavajdk1。8。045jrelibresources。jarfile：D：devJavajdk1。8。045jrelibrt。jarfile：D：devJavajdk1。8。045jrelibsunrsasign。jarfile：D：devJavajdk1。8。045jrelibjsse。jarfile：D：devJavajdk1。8。045jrelibjce。jarfile：D：devJavajdk1。8。045jrelibcharsets。jarfile：D：devJavajdk1。8。045jrelibjfr。jarfile：D：devJavajdk1。8。045jreclassesextClassloader加载以下文件：D：devJavajdk1。8。045jrelibext；C：WindowsSunJavalibextappClassLoader加载以下文件：D：devJavajdk1。8。045jrelibcharsets。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibdeploy。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextaccessbridge64。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextcldrdata。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextdnsns。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextjaccess。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextjfxrt。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextlocaledata。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextashorn。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextsunec。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextsunjceprovider。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextsunmscapi。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextsunpkcs11。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibextzipfs。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibjavaws。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibjce。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibjfr。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibjfxswt。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibjsse。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibmanagementagent。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibplugin。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibresources。jar；D：devJavajdk1。8。045jrelibrt。jar；D：ideaProjectsprojectallargetclasses；C：Userszhuge。m2repositoryorgapachezookeeperzookeeper3。4。12zookeeper3。4。12。jar；C：Userszhuge。m2repositoryorgslf4jslf4japi1。7。25slf4japi1。7。25。jar；C：Userszhuge。m2repositoryorgslf4jslf4jlog4j121。7。25slf4jlog4j121。7。25。jar；C：Userszhuge。m2repositorylog4jlog4j1。2。17log4j1。2。17。jar；C：Userszhuge。m2repositoryjlinejline。9。94jline0。9。94。jar；C：Userszhuge。m2repositoryorgapacheyetusaudienceannotations。5。0audienceannotations0。5。0。jar；C：Userszhuge。m2repositoryioettyetty3。10。6。Finaletty3。10。6。Final。jar；C：Userszhuge。m2repositorycomgoogleguavaguava22。0guava22。0。jar；C：Userszhuge。m2repositorycomgooglecodefindbugsjsr3051。3。9jsr3051。3。9。jar；C：Userszhuge。m2repositorycomgoogleerrorproneerrorproneannotations2。0。18errorproneannotations2。0。18。jar；C：Userszhuge。m2repositorycomgooglej2objcj2objcannotations1。1j2objcannotations1。1。jar；C：Userszhuge。m2repositoryorgcodehausmojoanimalsnifferannotations1。14animalsnifferannotations1。14。jar；D：devIntelliJIDEA2018。3。2libideart。jar
　　类加载器初始化过程：
　　参见类运行加载全过程图可知其中会创建JVM启动器实例sun。misc。Launcher。sun。misc。Launcher初始化使用了单例模式设计，保证一个JVM虚拟机内只有一个sun。misc。Launcher实例。
　　在Launcher构造方法内部，其创建了两个类加载器，分别是sun。misc。Launcher。ExtClassLoader（扩展类加载器）和sun。misc。Launcher。AppClassLoader（应用类加载器）。
　　JVM默认使用Launcher的getClassLoader（）方法返回的类加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序。Launcher的构造方法publicLauncher（）｛Launcher。ExtClassLoadervar1；try｛构造扩展类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为nullvar1Launcher。ExtClassLoader。getExtClassLoader（）；｝catch（IOExceptionvar10）｛thrownewInternalError（Couldnotcreateextensionclassloader，var10）；｝try｛构造应用类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader，Launcher的loader属性值是AppClassLoader，我们一般都是用这个类加载器来加载我们自己写的应用程序this。loaderLauncher。AppClassLoader。getAppClassLoader（var1）；｝catch（IOExceptionvar9）｛thrownewInternalError（Couldnotcreateapplicationclassloader，var9）；｝Thread。currentThread（）。setContextClassLoader（this。loader）；Stringvar2System。getProperty（java。security。manager）；省略一些不需关注代码｝双亲委派机制
　　JVM类加载器是有亲子层级结构的，如下图
　　这里类加载其实就有一个双亲委派机制，加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。
　　比如我们的Math类，最先会找应用程序类加载器加载，应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载，扩展类加载器再委托引导类加载器，顶层引导类加载器在自己的类加载路径里找了半天没找到Math类，则向下退回加载Math类的请求，扩展类加载器收到回复就自己加载，在自己的类加载路径里找了半天也没找到Math类，又向下退回Math类的加载请求给应用程序类加载器，应用程序类加载器于是在自己的类加载路径里找Math类，结果找到了就自己加载了
　　双亲委派机制说简单点就是，先找父亲加载，不行再由儿子自己加载
　　我们来看下应用程序类加载器AppClassLoader加载类的双亲委派机制源码，AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法，该方法的大体逻辑如下：
　　1。首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接返回。
　　2。如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加载器加载（即调用parent。loadClass（name，false）；）。或者是调用bootstrap类加载器来加载。
　　3。如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。ClassLoader的loadClass方法，里面实现了双亲委派机制protectedClasslt；？loadClass（Stringname，booleanresolve）throwsClassNotFoundException｛synchronized（getClassLoadingLock（name））｛检查当前类加载器是否已经加载了该类Classlt；？cfindLoadedClass（name）；if（cnull）｛longt0System。nanoTime（）；try｛if（parent！null）｛如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类cparent。loadClass（name，false）；｝else｛如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类cfindBootstrapClassOrNull（name）；｝｝catch（ClassNotFoundExceptione）｛ClassNotFoundExceptionthrownifclassnotfoundfromthenonnullparentclassloader｝if（cnull）｛Ifstillnotfound，theninvokefindClassinordertofindtheclass。longt1System。nanoTime（）；都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类cfindClass（name）；thisisthedefiningclassloader；recordthestatssun。misc。PerfCounter。getParentDelegationTime（）。addTime（t1t0）；sun。misc。PerfCounter。getFindClassTime（）。addElapsedTimeFrom（t1）；sun。misc。PerfCounter。getFindClasses（）。increment（）；｝｝if（resolve）｛不会执行resolveClass（c）；｝returnc；｝｝为什么要设计双亲委派机制？
　　沙箱安全机制：自己写的java。lang。String。class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改
　　避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次，保证被加载类的唯一性
　　看一个类加载示例：packagejava。lang；publicclassString｛publicstaticvoidmain（String〔〕args）｛System。out。println（MyStringClass）；｝｝运行结果：错误：在类java。lang。String中找不到main方法，请将main方法定义为：publicstaticvoidmain（String〔〕args）否则JavaFX应用程序类必须扩展javafx。application。Application全盘负责委托机制
　　全盘负责是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入。自定义类加载器示例：
　　自定义类加载器只需要继承java。lang。ClassLoader类，该类有两个核心方法，一个是loadClass（String，boolean），实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。publicclassMyClassLoaderTest｛staticclassMyClassLoaderextendsClassLoader｛privateStringclassPath；publicMyClassLoader（StringclassPath）｛this。classPathclassPath；｝privatebyte〔〕loadByte（Stringname）throwsException｛namename。replaceAll（。，）；FileInputStreamfisnewFileInputStream（classPathname。class）；intlenfis。available（）；byte〔〕datanewbyte〔len〕；fis。read（data）；fis。close（）；returndata；｝protectedClasslt；？findClass（Stringname）throwsClassNotFoundException｛try｛byte〔〕dataloadByte（name）；defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。returndefineClass（name，data，0，data。length）；｝catch（Exceptione）｛e。printStackTrace（）；thrownewClassNotFoundException（）；｝｝｝publicstaticvoidmain（Stringargs〔〕）throwsException｛初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoaderMyClassLoaderclassLoadernewMyClassLoader（D：test）；D盘创建testcomtulingjvm几级目录，将User类的复制类User1。class丢入该目录ClassclazzclassLoader。loadClass（com。tuling。jvm。User1）；Objectobjclazz。newInstance（）；Methodmethodclazz。getDeclaredMethod（sout，null）；method。invoke（obj，null）；System。out。println（clazz。getClassLoader（）。getClass（）。getName（））；｝｝运行结果：自己的加载器加载类调用方法com。tuling。jvm。MyClassLoaderTestMyClassLoader打破双亲委派机制
　　再来一个沙箱安全机制示例，尝试打破双亲委派机制，用自定义类加载器加载我们自己实现的java。lang。String。classpublicclassMyClassLoaderTest｛staticclassMyClassLoaderextendsClassLoader｛privateStringclassPath；publicMyClassLoader（StringclassPath）｛this。classPathclassPath；｝privatebyte〔〕loadByte（Stringname）throwsException｛namename。replaceAll（。，）；FileInputStreamfisnewFileInputStream（classPathname。class）；intlenfis。available（）；byte〔〕datanewbyte〔len〕；fis。read（data）；fis。close（）；returndata；｝protectedClasslt；？findClass（Stringname）throwsClassNotFoundException｛try｛byte〔〕dataloadByte（name）；returndefineClass（name，data，0，data。length）；｝catch（Exceptione）｛e。printStackTrace（）；thrownewClassNotFoundException（）；｝｝重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载paramnameparamresolvereturnthrowsClassNotFoundExceptionprotectedClasslt；？loadClass（Stringname，booleanresolve）throwsClassNotFoundException｛synchronized（getClassLoadingLock（name））｛First，checkiftheclasshasalreadybeenloadedClasslt；？cfindLoadedClass（name）；if（cnull）｛Ifstillnotfound，theninvokefindClassinordertofindtheclass。longt1System。nanoTime（）；cfindClass（name）；thisisthedefiningclassloader；recordthestatssun。misc。PerfCounter。getFindClassTime（）。addElapsedTimeFrom（t1）；sun。misc。PerfCounter。getFindClasses（）。increment（）；｝if（resolve）｛resolveClass（c）；｝returnc；｝｝｝publicstaticvoidmain（Stringargs〔〕）throwsException｛MyClassLoaderclassLoadernewMyClassLoader（D：test）；尝试用自己改写类加载机制去加载自己写的java。lang。String。classClassclazzclassLoader。loadClass（java。lang。String）；Objectobjclazz。newInstance（）；Methodmethodclazz。getDeclaredMethod（sout，null）；method。invoke（obj，null）；System。out。println（clazz。getClassLoader（）。getClass（）。getName（））；｝｝运行结果：java。lang。SecurityException：Prohibitedpackagename：java。langatjava。lang。ClassLoader。preDefineClass（ClassLoader。java：659）atjava。lang。ClassLoader。defineClass（ClassLoader。java：758）Tomcat打破双亲委派机制
　　以Tomcat类加载为例，Tomcat如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？我们思考一下：Tomcat是个web容器，那么它要解决什么问题：
　　1。一个web容器可能需要部署两个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是独立的，保证相互隔离。
　　2。部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则，如果服务器有10个应用程序，那么要有10份相同的类库加载进虚拟机。
　　3。web容器也有自己依赖的类库，不能与应用程序的类库混淆。基于安全考虑，应该让容器的类库和程序的类库隔离开来。
　　4。web容器要支持jsp的修改，我们知道，jsp文件最终也是要编译成class文件才能在虚拟机中运行，但程序运行后修改jsp已经是司空见惯的事情，web容器需要支持jsp修改后不用重启。
　　再看看我们的问题：Tomcat如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？
　　答案是不行的。为什么？
　　第一个问题，如果使用默认的类加载器机制，那么是无法加载两个相同类库的不同版本的，默认的类加器是不管你是什么版本的，只在乎你的全限定类名，并且只有一份。
　　第二个问题，默认的类加载器是能够实现的，因为他的职责就是保证唯一性。第三个问题和第一个问题一样。
　　我们再看第四个问题，我们想我们要怎么实现jsp文件的热加载，jsp文件其实也就是class文件，那么如果修改了，但类名还是一样，类加载器会直接取方法区中已经存在的，修改后的jsp是不会重新加载的。那么怎么办呢？我们可以直接卸载掉这jsp文件的类加载器，所以你应该想
　　到了，每个jsp文件对应一个唯一的类加载器，当一个jsp文件修改了，就直接卸载这个jsp类加载器。重新创建类加载器，重新加载jsp文件。
　　Tomcat自定义加载器详解
　　tomcat的几个主要类加载器：
　　commonLoader：Tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问；
　　catalinaLoader：Tomcat容器私有的类加载器，加载路径中的class对于Webapp不可见；
　　sharedLoader：各个Webapp共享的类加载器，加载路径中的class对于所有Webapp可见，但是对于Tomcat容器不可见；
　　WebappClassLoader：各个Webapp私有的类加载器，加载路径中的class只对当前Webapp可见，比如加载war包里相关的类，每个war包应用都有自己的
　　WebappClassLoader，实现相互隔离，比如不同war包应用引入了不同的spring版本，这样实现就能加载各自的spring版本；
　　从图中的委派关系中可以看出：
　　CommonClassLoader能加载的类都可以被CatalinaClassLoader和SharedClassLoader使用，从而实现了公有类库的共用，而CatalinaClassLoader和SharedClassLoader自己能加载的类则与对方相互隔离。
　　WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离。
　　而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个。Class文件，它出现的目的就是为了被丢弃：当Web容器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的热加载功能。
　　tomcat这种类加载机制违背了java推荐的双亲委派模型了吗？
　　答案是：违背了。
　　很显然，tomcat不是这样实现，tomcat为了实现隔离性，没有遵守这个约定，每个webappClassLoader加载自己的目录下的class文件，不会传递给父类加载器，打破了双亲委派机制。模拟实现Tomcat的webappClassLoader加载自己war包应用内不同版本类实现相互共存与隔离publicclassMyClassLoaderTest｛staticclassMyClassLoaderextendsClassLoader｛privateStringclassPath；publicMyClassLoader（StringclassPath）｛this。classPathclassPath；｝privatebyte〔〕loadByte（Stringname）throwsException｛namename。replaceAll（。，）；FileInputStreamfisnewFileInputStream（classPathname。class）；intlenfis。available（）；byte〔〕datanewbyte〔len〕；fis。read（data）；fis。close（）；returndata；｝protectedClasslt；？findClass（Stringname）throwsClassNotFoundException｛try｛byte〔〕dataloadByte（name）；returndefineClass（name，data，0，data。length）；｝catch（Exceptione）｛e。printStackTrace（）；thrownewClassNotFoundException（）；｝｝重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载paramnameparamresolvereturnthrowsClassNotFoundExceptionprotectedClasslt；？loadClass（Stringname，booleanresolve）throwsClassNotFoundException｛synchronized（getClassLoadingLock（name））｛First，checkiftheclasshasalreadybeenloadedClasslt；？cfindLoadedClass（name）；if（cnull）｛Ifstillnotfound，theninvokefindClassinordertofindtheclass。longt1System。nanoTime（）；非自定义的类还是走双亲委派加载if（！name。startsWith（com。tuling。jvm））｛cthis。getParent（）。loadClass（name）；｝else｛cfindClass（name）；｝thisisthedefiningclassloader；recordthestatssun。misc。PerfCounter。getFindClassTime（）。addElapsedTimeFrom（t1）；sun。misc。PerfCounter。getFindClasses（）。increment（）；｝if（resolve）｛resolveClass（c）；｝returnc；｝｝｝publicstaticvoidmain（Stringargs〔〕）throwsException｛MyClassLoaderclassLoadernewMyClassLoader（D：test）；ClassclazzclassLoader。loadClass（com。tuling。jvm。User1）；Objectobjclazz。newInstance（）；Methodmethodclazz。getDeclaredMethod（sout，null）；method。invoke（obj，null）；System。out。println（clazz。getClassLoader（））；System。out。println（）；MyClassLoaderclassLoader1newMyClassLoader（D：test1）；Classclazz1classLoader1。loadClass（com。tuling。jvm。User1）；Objectobj1clazz1。newInstance（）；Methodmethod1clazz1。getDeclaredMethod（sout，null）；method1。invoke（obj1，null）；System。out。println（clazz1。getClassLoader（））；｝｝运行结果：自己的加载器加载类调用方法com。tuling。jvm。MyClassLoaderTestMyClassLoader266474c2另外一个User1版本：自己的加载器加载类调用方法com。tuling。jvm。MyClassLoaderTestMyClassLoader66d3c617
　　注意：同一个JVM内，两个相同包名和类名的类对象可以共存，因为他们的类加载器可以不一样，所以看两个类对象是否是同一个，除了看类的包名和类名是否都相同之外，还需要他们的类加载器也是同一个才能认为他们是同一个。
　　附下User类的代码：publicclassUser｛privateintid；privateStringname；publicUser（）｛｝publicUser（intid，Stringname）｛super（）；this。idid；this。namename；｝publicintgetId（）｛returnid；｝publicvoidsetId（intid）｛this。idid；｝publicStringgetName（）｛returnname；｝publicvoidsetName（Stringname）｛this。namename；｝publicvoidsout（）｛System。out。println（自己的加载器加载类调用方法）；｝｝
　　补充：Hotspot源码JVM启动执行main方法流程