Java假造机（JVM）的类加载器与双亲委派机制

一、弁言

在Java应用步伐启动时，JVM必要将.class文件中的字节码加载到内存中，并对这些类进行验证、准备、解析和初始化。这个过程由一系列称为“类加载器”的组件来完成。每个Java应用步伐至少有一个类加载器，它负责加载应用步伐所需的类。而类加载器之间通过一种叫做“双亲委派模式”（Parent Delegation Model）的工作机制协同工作。
二、类加载运行全过程

当用java下令运行某个类的main函数启动步伐时，起首必要通过类加载器把主类加载到JVM。类加载的过程可以概括为以下几步：加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载。在这个过程中，类加载器扮演了至关紧张的角色，它们确保了类的准确性和安全性。

• 加载：从硬盘上查找并通过IO读入字节码文件。使用到类时才会加载，比方调用类的main()方法或创建对象。
  
• 验证：校验字节码文件的准确性，以确保其不会破坏JVM的安全性。
  
• 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，这是所谓的静态链接过程的一部分。
  
• 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。
  
• 使用：步伐开始正常使用类。
  
• 卸载：当类不再被必要时，可以从方法区卸载。
  

三、类加载器

JVM中有几种预定义的类加载器：

• 引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载支持JVM运行的焦点类库，如rt.jar等。
  
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载位于$JAVA_HOME/jre/lib/ext目录下的扩展类包。
  
• 应用步伐类加载器（Application ClassLoader）：负责加载ClassPath路径下的类包，紧张是开发者编写的类。
  
• 自定义加载器：用于加载用户自定义路径下的类包，通常由开发者实现。
  

此外，还存在一个特殊的类加载器实例——sun.misc.Launcher，它在JVM启动时创建，包含两个紧张的类加载器：ExtClassLoader和AppClassLoader。其中，AppClassLoader是大多数情况下用来加载我们自己编写的应用步伐的类加载器。
四、双亲委派机制

双亲委派机制是JVM中类加载器的一个紧张特性。根据这一机制，当一个类加载器收到类加载哀求时，它起首会委托给它的父类加载器去处置处罚；只有当父类加载器无法找到或加载该类时，子类加载器才会尝试自己加载。这种机制的紧张长处包括：

• 沙箱安全机制：防止用户定义的类伪装成焦点API库的一部分。
  
• 避免类的重复加载：包管被加载类的唯一性，进步效率并减少资源斲丧。
  
• 通盘负责委托机制：确保一个类及其依赖的所有类都由同一个类加载器加载，维护类之间的关系一致性。
  

详细来说，当应用步伐尝试加载某个类时，起首会交给启动类加载器去查找；如果找不到，则交给扩展类加载器；如果还是找不到，最后才由应用步伐类加载器来加载。如果所有类加载器都未能找到对应的类，则会抛出ClassNotFoundException非常。
五、冲破双亲委派机制

虽然双亲委派机制提供了很好的安全性和一致性保障，但在某些特殊情况下可能必要冲破这一机制。比方，在Tomcat这样的Web容器中，为了支持不同Web应用间的类隔离以及共享相同版本的第三方库，Tomcat接纳了自定义的类加载器布局，冲破了传统的双亲委派模式，实现了更灵活的类加载策略。每个Web应用步伐都有自己独立的类加载器（WebappClassLoader），而且JSP文件的热摆设也是通过这种方式实现的。
六、自定义类加载器示例

对于想要实现特定功能的场景，好比从网络或其他非标准位置加载类，可以通过继承java.lang.ClassLoader类并重写findClass方法来自定义类加载器。下面是一个简单的例子，展示了如何创建一个自定义类加载器来加载特定路径下的.class文件：

1. public class MyClassLoader extends ClassLoader {
2.     private String classPath;
4.     public MyClassLoader(String classPath) {
5.         this.classPath = classPath;
6.     }
8.     protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
9.         try {
10.             byte[] data = loadByte(name);
11.             return defineClass(name, data, 0, data.length);
12.         } catch (Exception e) {
13.             throw new ClassNotFoundException();
14.         }
15.     }
17.     private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
18.         name = name.replaceAll("\\.", "/");
19.         FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
20.         int len = fis.available();
21.         byte[] data = new byte[len];
22.         fis.read(data);
23.         fis.close();
24.         return data;
25.     }
26. }

复制代码

此自定义类加载器可以加载指定路径下的类文件，而且可以通过调整逻辑来适应不同的需求。
七、总结

JVM的类加载器及其双亲委派机制是Java语言的一项关键技能特性，它不光包管了Java步伐的安全性和稳固性，也为开发人员提供了极大的灵活性。明白这些概念对于深入把握Java编程、解决复杂问题以及进行性能优化等方面都有着紧张意义。随着Java技能的发展，类加载机制也在不断演进和完善，以适应日益复杂的软件开发需求。通过深入了解类加载器的工作原理，我们可以更好地设计和构建健壮的Java应用步伐。

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