类加载机制详解

发布时间:2024年01月12日

目录:

1. 类加载的定义

2. 类加载器的层次结构

3. 类加载的过程

4. 类加载器的自定义

5. 类加载机制应用


1. 类加载的定义

在Java中,类加载是指将类的字节码文件加载到内存中,并在JVM中创建一个代表这个类的Class对象。类加载器是执行这一任务的关键组件,负责从文件系统、网络或其他来源加载类的字节码。


2. 类加载器的层次结构

Java的类加载器采用了双亲委派模型,这是一种层次化的结构,其中每个类加载器都有一个父类加载器。当一个类加载器收到加载类的请求时,它会先将这个请求委派给父类加载器。只有在父类加载器无法完成加载任务时,子类加载器才会尝试加载类。

  • Bootstrap ClassLoader(启动类加载器): 负责加载Java核心类库,如java.lang包中的类。通常由JVM实现提供,无法直接在Java代码中获取。

  • Extension ClassLoader(扩展类加载器): 负责加载Java的扩展库,位于java.ext.dirs系统属性指定的目录中。

  • Application ClassLoader(应用程序类加载器): 也称为系统类加载器,负责加载应用程序类路径(Classpath)上指定的类。它是开发者最常接触的类加载器。


3. 类加载的过程

类加载的过程可以分为以下三个阶段:

  • 加载(Loading): 类加载器通过类的全限定名定位并读取类的字节码文件,将其加载到内存中。

  • 链接(Linking): 链接阶段分为三个子阶段:

    • 验证(Verification): 确保加载的类文件符合JVM规范,并且没有安全方面的问题。

    • 准备(Preparation): 为类的静态变量分配内存,并初始化为默认值。

    • 解析(Resolution): 将类的符号引用转换为直接引用,即将常量池中的类、方法、字段等符号引用解析为直接引用。
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      final String s = "test";
      
      // 这里的 test 会进入到.class文件中
      // 与此同时.class 文件的二进制指令中,也会有一个 s 这样的引用被创建出来~~
      // 由于引用里本质上保存的是一个变量的地址,在.class 文件中,这是文件,不涉及到内存地址
      // 因此在.class 文件中,s 的初始化语句,就会先被设置成一个"文件的偏移量"
      // 通过偏移量,就能找到“test"这个字符串所在的位置
      // 当我们这个类真正被加载到内存中的时候,再把这个偏移量,替换回真正的内存地址

  • 初始化(Initialization): 在这个阶段,JVM会执行类的初始化代码,包括执行静态变量的赋值和执行静态代码块。这是类加载的最后一个阶段。


4. 类加载器的自定义

在Java中,我们可以通过自定义类加载器来扩展类的加载方式。这通常用于实现一些特殊的加载需求,例如加载加密的类文件或从网络动态加载类等。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义加载逻辑
        byte[] classData = loadClassData(name);
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        // 从文件或网络中加载类的字节码
        // 返回字节数组
    }
}

5. 类加载机制应用

理解类加载机制对于Java程序员来说是至关重要的,特别是在以下场景:

  • 动态代理: Java中的动态代理就是基于类加载机制实现的,通过动态生成代理类的字节码并加载。

  • 模块化编程: 模块系统(如Java 9的模块化系统)依赖于类加载机制,确保模块的隔离性和安全性。

  • 插件化架构: 一些应用允许通过插件动态扩展功能,这通常需要自定义类加载器来加载插件。

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文章来源:https://blog.csdn.net/llt2997632602/article/details/135559229
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