类加载器详细介绍

类加载器我们要聊一个神秘而又重要的角色——Java类加载器。这家伙，就像是个超级英雄，总是在关键时刻挺身而出，为我们的Java程序提供强大的支持。我会尽量用简单易懂的方式来介绍它。 一 、类加载器介绍

1、类加载器是什么？ 想象一下，你正在编写一个Java程序，里面用到了无数的类。这些类就像是乐高积木，组合在一起才能构建出强大的功能。但是，这些积木从哪里来呢？没错，就是类加载器！

类加载器就是Java虚拟机（JVM）用来加载Java类的工具。它就像是个快递员，负责把.class文件（也就是编译后的Java类）送到JVM手中，让JVM能够认识并使用这些类。

2、类加载器的分类

在Java的世界里，类加载器可是个大家族。它们有不同的角色和职责，但都是为了让Java程序更好地运行。

引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这是家族的老大，负责加载Java的核心类库，比如rt.jar、resources.jar等。它非常神秘，我们一般看不到它的庐山真面目。

扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这是老大的得力助手，负责加载Java的扩展类库，比如lib/ext目录下的jar包。它就像是老大的左右手，帮老大分担了很多工作。

系统类加载器（System ClassLoader）：这是离我们最近的类加载器，负责加载应用程序的类路径（CLASSPATH）下的类库。它就像是我们的好朋友，总是第一时间满足我们的需求。

除了这三个主要的类加载器之外，我们还可以自定义类加载器，来满足一些特殊的需求。比如，我们可以实现一个网络类加载器，从网络上加载类文件；或者实现一个加密类加载器，对类文件进行加密保护。

3、类加载的过程

类加载的过程其实并不复杂，主要分为三个步骤：加载、链接（验证、准备、解析）和初始化。

加载：类加载器首先会去找到要加载的类的.class文件，然后读取这个文件的内容，并生成一个对应的Class对象。这个过程就像是快递员找到包裹并送到你手中的过程。

链接：链接过程包括验证、准备和解析三个阶段。验证阶段会检查类的合法性；准备阶段会为类的静态变量分配内存并设置初始值；解析阶段会把类中的符号引用转换为直接引用。这个过程就像是快递员在送货前对包裹进行检查、打包和标记的过程。

初始化：在初始化阶段，JVM会执行类的初始化代码（也就是静态代码块和静态变量的赋值操作）。这个过程就像是快递员把包裹送到你手中后，你打开包裹并使用里面的物品的过程。再例如图书馆管理员（JVM）负责管理和组织书籍（Java类）。管理员去书店采购新书（加载类的二进制字节流），将新书放在书架上（方法区），并为每本书分配一个唯一标识（java.lang.Class对象）。

之后，管理员会验证书的内容是否健康（验证类的正确性），并为书架预留空间（准备类的静态变量），了解每本书的结构（解析符号引用）。

最后，管理员开始整理书架上的书籍（初始化类），根据每本书的目录将书籍放到正确位置（执行静态代码块和静态变量赋值）。如果一本书的整理需要参考其他书籍，管理员会先确保那些书籍已被整理好（初始化会触发父类的初始化）。 这个例子类比了Java类加载过程中的加载、链接（验证、准备、解析）和初始化阶段。

二、重要知识点

1、类加载器的种类：

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）：也称为根类加载器，它是用C++编写的，不是Java类。它负责加载Java的核心类库，如java.lang.Object等。

扩展类加载器（Extension Class Loader）：它负责加载Java的扩展类库，通常位于$JAVA_HOME/jre/lib/ext目录下。

系统类加载器（System Class Loader）或应用类加载器（Application Class Loader）：也称为系统类加载器，它负责加载应用程序的类路径（CLASSPATH）下的类库。

自定义类加载器：开发者可以根据需要实现自定义的类加载器，这些类加载器必须继承自java.lang.ClassLoader类。

2、类加载器的双亲委派模型：

这是一个重要的概念，它描述了类加载器之间的层次结构和加载类的顺序。当一个类加载器需要加载一个类时，它首先会把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

3、类什么时候被初始化：

创建类的实例（即使用new关键字创建对象）。

访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值。

调用类的静态方法。

使用反射（如Class.forName("com.example.MyClass")）。

初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）。

JVM启动时标明的启动类（即文件名和类名相同的那个类）。

4、自定义类加载器的用途：

加载非标准路径下的类文件。

实现类的热替换（在不重启JVM的情况下替换类的定义）。

加载网络上的类文件。

加密和解密类文件，以实现代码的保护。

5、类加载器与线程上下文类加载器：

线程上下文类加载器是Java提供的一个类加载器，它可以从执行线程中继承。这个类加载器为Java应用程序提供了一种更为灵活的方式来加载类。例如，在JDBC中，驱动类通常使用线程上下文类加载器来加载，以便更好地支持类路径的自定义和扩展。

三、总结提升

从架构设计角度来看，Java类加载器提供了许多值得借鉴的经验，这些经验在设计和构建复杂系统时非常有用。

1、模块化与层次化设计：

Java类加载器采用了模块化和层次化的设计，每个类加载器都负责加载特定范围的类。这种设计有助于实现类的隔离和共享，同时也使得系统更加灵活和可扩展。

在设计系统时，可以借鉴这种思想，将系统划分为不同的模块或组件，并为每个模块或组件配置相应的类加载器。这样可以实现模块之间的隔离和独立部署，减少模块之间的依赖和冲突。

2、双亲委派模型：

Java类加载器的双亲委派模型是一种经典的委托机制，它确保了Java核心类库的安全性和稳定性。当一个类加载器需要加载一个类时，它会首先将这个请求委派给父类加载器去完成。只有当父类加载器无法加载该类时，子类加载器才会尝试自己去加载。

在设计系统时，可以借鉴这种委托机制，实现组件之间的协作和通信。通过定义明确的接口和协议，组件可以将自己的职责委托给其他组件来完成，从而实现系统的解耦和复用。

3、动态加载与热替换：

Java类加载器支持动态加载类，即在运行时加载类文件并生成相应的Class对象。这种特性使得Java能够支持动态扩展和插件化。同时，结合自定义类加载器，还可以实现类的热替换，即在不重启JVM的情况下替换类的定义。

在设计系统时，可以借鉴这种动态加载和热替换的思想，实现系统的动态扩展和升级。通过动态加载新的模块或组件，可以扩展系统的功能；通过热替换类文件，可以在不中断服务的情况下修复bug或更新功能。

  由于篇幅限制，以下仅为精选的面试专题内容概览，涵盖多个技术领域。 全套JAVA面试笔记获取方式：若您对上述内容感兴趣并希望获取完整的面试笔记，请点击此处【点击此处即可】免费获取，助您面试成功！ 具体内容包含：

- Java面试基础：涵盖Java语言核心知识、集合框架、多线程与并发编程基础等面试常考点。

- Spring框架深入：解析Spring框架的核心概念、IoC容器、AOP面向切面编程、Spring MVC等关键技术。

- JVM原理与实践：深入探索Java虚拟机的工作原理，包括内存模型、垃圾回收机制、类加载机制等。

- MyBatis持久层框架：解析MyBatis的映射文件配置、动态SQL、缓存机制等，以及如何高效地使用MyBatis进行数据库操作。

- Redis缓存技术：介绍Redis的数据结构、持久化机制、事务与管道、集群搭建等，及其在缓存系统中的应用。

- MySQL数据库管理：涵盖SQL语言基础、数据库设计原则、索引优化、事务处理、锁机制等MySQL高级特性。

- 并发编程实战：讲解多线程编程的并发控制、同步工具类、并发集合、Java并发包等，提升程序并发处理能力。

- 微服务架构：分析微服务架构的优势、服务拆分策略、服务治理、配置中心、API网关等关键技术点。

- Linux系统基础：介绍Linux常用命令、文件系统、进程管理、网络配置等系统运维基础知识。

- Spring Boot快速开发：展示Spring Boot如何简化Spring应用开发，包括自动配置、Spring Boot CLI、Starters等特性。

- Spring Cloud微服务解决方案：深入Spring Cloud的服务发现、配置管理、断路器、智能路由、微代理、控制总线等微服务组件。

- 消息队列（MQ）与Kafka：阐述消息队列的基本概念、使用场景，以及Kafka的高性能、可扩展性和持久性特性。

原文地址：https://blog.csdn.net/guangzhi0633/article/details/142320638

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！