Java 类加载、类加载器及双亲委派机制详解

标签：Java JDK System 器及 println out 加载

Java 类加载、类加载器及双亲委派机制详解

在Java中，类加载是JVM运行的重要环节，而类加载器则是负责将.class文件加载到内存中的核心组件。本文详细介绍类加载的过程、类加载器的工作机制及双亲委派机制，同时比较Oracle JDK 8与JDK 9及之后版本在类加载器上的变化。

1. 类的加载

类的加载是什么？

类的加载是指将一个Java类的.class文件读入内存，并转化为一个Class对象。类的加载只会在类第一次被使用时触发，例如：

创建类的实例（new关键字）。
调用类的静态方法或访问静态字段。
使用类的子类（会触发父类加载）。
通过反射加载类。
使用java命令运行类。

类加载过程

类加载主要分为以下三个阶段：

加载：将.class文件的字节码读入内存，生成Class对象。
链接：
- 验证：确保字节码文件格式合法。
- 准备：为类的静态变量分配内存并初始化为默认值。
- 解析：将符号引用解析为直接引用。
初始化：执行静态代码块和静态字段赋值。

代码示例：类加载过程

public class Demo {
    static {
        System.out.println("Class Demo is being initialized");
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Main method executed");
    }
}

运行时，类加载顺序如下：

加载Demo类的.class文件。
链接：验证、准备静态变量。
初始化：执行静态代码块。

输出：

Class Demo is being initialized
Main method executed

2. 类加载器

类加载器是什么？

类加载器是JVM中负责加载字节码文件并生成Class对象的组件。每个类加载器负责加载特定范围的类。

类加载器的分类

Java中的类加载器主要分为三种：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：
- 负责加载JVM的核心类库，如rt.jar。
- 由本地代码实现，不是Java类对象。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：
- 加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下的扩展类库。
应用程序类加载器（Application ClassLoader）：
- 加载CLASSPATH中指定的类，是程序的默认类加载器。

获取类加载器

代码示例：

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取当前类的类加载器
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoaderDemo.class.getClassLoader();
        System.out.println("应用程序类加载器: " + appClassLoader);

        // 获取父加载器（扩展类加载器）
        ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
        System.out.println("扩展类加载器: " + extClassLoader);

        // 获取父加载器的父加载器（启动类加载器，返回 null）
        ClassLoader bootstrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
        System.out.println("启动类加载器: " + bootstrapClassLoader);
    }
}

运行结果（JDK 8）：

应用程序类加载器: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@2a139a55
扩展类加载器: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@7e774085
启动类加载器: null

3. 双亲委派机制

双亲委派机制是什么？

双亲委派机制是类加载器的一种设计模式，其核心思想是：

类加载器在加载类时，首先将加载请求委托给父加载器。
父加载器尝试加载，如果无法加载，则由当前加载器加载。

工作流程

假设需要加载类Demo：

应用程序类加载器收到加载请求，先委托给扩展类加载器。
扩展类加载器再委托给启动类加载器。
启动类加载器尝试加载类。
如果启动类加载器无法加载，返回给扩展类加载器，最终由应用程序类加载器加载。

优点

安全性：避免核心类（如java.lang.String）被用户自定义类加载器篡改。
避免重复加载：同一个类只会被加载一次。

4. JDK 8 与 JDK 9 类加载器的变化

代码对比

JDK 8:

@Test
public void testClassLoader() {
    ClassLoader classLoader = Demo.class.getClassLoader();

    System.out.println(classLoader); // sun.misc.Launcher$AppClassLoader@22d8cfe0
    System.out.println(classLoader.getParent()); // sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@65e579dc
    System.out.println(classLoader.getParent().getParent()); // null
}

JDK 9:

@Test
public void testClassLoader() {
    ClassLoader classLoader = Demo.class.getClassLoader();

    System.out.println(classLoader); // jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@726f3b58
    System.out.println(classLoader.getParent()); // jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@e73f9ac
    System.out.println(classLoader.getParent().getParent()); // null
}

主要区别

扩展类加载器改为平台类加载器：
- JDK 8：扩展类加载器（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）。
- JDK 9：平台类加载器（jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader）。
模块化系统引入：
- JDK 9拆分了rt.jar，通过模块系统加载核心类。
- 平台类加载器专门用于加载模块化系统中的类。

原因

模块化需求：JDK 9采用Java模块系统（JPMS），优化了类加载器设计。
安全性增强：移除了sun.misc包中的非标准实现。

总结

类的加载分为加载、链接、初始化三个阶段，类加载的触发条件包括首次使用类、反射等。
类加载器分为启动类加载器、扩展类加载器和应用程序类加载器，工作机制采用双亲委派模型。
双亲委派机制保证了类加载的安全性和高效性。
JDK 9通过模块化改进了类加载器的设计，使用平台类加载器取代扩展类加载器,取消了双亲委派机制,提高了加载效率

通过理解类加载和类加载器的工作原理，可以更好地掌握Java应用程序的运行机制，确保开发的应用安全稳定。

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From： https://www.cnblogs.com/itcq1024/p/18584040

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