jvm類加載器，類加載機制詳解，看這一篇就夠了
前言
今天我們來講講jvm里類加載的過程，我們寫了那么多類，卻不知道類的加載過程，豈不是很尷尬。
jvm的啟動是通過引導類加載器（bootstrap class loader）創建一個初始類（initial class）來完成的，這個類是由jvm的具體實現指定的。[來自官方規范]
jvm組成結構之一就是類裝載器子系統，我們今天就來仔細講講這個組件。
Java代碼執行流程圖
大家通過這個流程圖，了解一下我們寫好的Java代碼是如何執行的，其中要經歷類加載器這個流程，我們就來仔細講講這里面的知識點。
類加載子系統
類加載系統架構圖
暫時看不懂這兩張圖沒關系，跟著老哥往下看
類的生命周期
類的生命周期包括：加載、鏈接、初始化、使用和卸載，其中加載、鏈接、初始化，屬于類加載的過程，我們下面仔細講解。使用是指我們new對象進行使用，卸載指對象被垃圾回收掉了。
類加載的過程
- 第一步：Loading加載
通過類的全限定名（包名 + 類名），獲取到該類的.class文件的二進制字節流
將二進制字節流所代表的靜態存儲結構，轉化為方法區運行時的數據結構
在內存中生成一個代表該類的java.lang.Class對象，作為方法區這個類的各種數據的訪問入口
總結：加載二進制數據到內存 —> 映射成jvm能識別的結構 —> 在內存中生成class文件。
- 第二步：Linking鏈接
鏈接是指將上面創建好的class類合并至Java虛擬機中，使之能夠執行的過程，可分為驗證、準備、解析三個階段。
① 驗證（Verify）
確保class文件中的字節流包含的信息，符合當前虛擬機的要求，保證這個被加載的class類的正確性，不會危害到虛擬機的安全。
② 準備（Prepare）
為類中的靜態字段分配內存，并設置默認的初始值，比如int類型初始值是0。被final修飾的static字段不會設置，因為final在編譯的時候就分配了
③ 解析（Resolve）
解析階段的目的，是將常量池內的符號引用轉換為直接引用的過程（將常量池內的符號引用解析成為實際引用）。如果符號引用指向一個未被加載的類，或者未被加載類的字段或方法，那么解析將觸發這個類的加載（但未必觸發這個類的鏈接以及初始化。）
事實上，解析器操作往往會伴隨著 JVM 在執行完初始化之后再執行。 符號引用就是一組符號來描述所引用的目標。符號引用的字面量形式明確定義在《Java 虛擬機規范》的Class文件格式中。直接引用就是直接指向目標的指針、相對偏移量或一個間接定位到目標的句柄。
解析動作主要針對類、接口、字段、類方法、接口方法、方法類型等。對應常量池中的 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等。
- 第三步：initialization初始化
初始化就是執行類的構造器方法init()的過程。
這個方法不需要定義，是javac編譯器自動收集類中所有類變量的賦值動作和靜態代碼塊中的語句合并來的。
若該類具有父類，jvm會保證父類的init先執行，然后在執行子類的init。
類加載器的分類
- 第一個：啟動類/引導類：Bootstrap ClassLoader
這個類加載器使用C/C++語言實現的，嵌套在JVM內部，java程序無法直接操作這個類。
它用來加載Java核心類庫，如：JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar、resources.jar、sun.boot.class.path路徑下的包，用于提供jvm運行所需的包。
并不是繼承自java.lang.ClassLoader，它沒有父類加載器
它加載擴展類加載器和應用程序類加載器，并成為他們的父類加載器
出于安全考慮，啟動類只加載包名為：java、javax、sun開頭的類
- 第二個：擴展類加載器：Extension ClassLoader
Java語言編寫，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現，我們可以用Java程序操作這個加載器
派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為啟動類加載器
從系統屬性：java.ext.dirs目錄中加載類庫，或者從JDK安裝目錄：jre/lib/ext目錄下加載類庫。我們就可以將我們自己的包放在以上目錄下，就會自動加載進來了。
- 第三個：應用程序類加載器：Application Classloader
Java語言編寫，由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實現。
派生繼承自java.lang.ClassLoader，父類加載器為啟動類加載器
它負責加載環境變量classpath或者系統屬性java.class.path指定路徑下的類庫
它是程序中默認的類加載器，我們Java程序中的類，都是由它加載完成的。
我們可以通過ClassLoader#getSystemClassLoader()獲取并操作這個加載器
- 第四個：自定義加載器
一般情況下，以上3種加載器能滿足我們日常的開發工作，不滿足時，我們還可以自定義加載器
比如用網絡加載Java類，為了保證傳輸中的安全性，采用了加密操作，那么以上3種加載器就無法加載這個類，這時候就需要自定義加載器
自定義加載器實現步驟
繼承java.lang.ClassLoader類，重寫findClass()方法
如果沒有太復雜的需求，可以直接繼承URLClassLoader類，重寫loadClass方法，具體可參考AppClassLoader和ExtClassLoader。
獲取ClassLoader幾種方式
它是一個抽象類，其后所有的類加載器繼承自 ClassLoader（不包括啟動類加載器）
- // 方式一：獲取當前類的 ClassLoader
- clazz.getClassLoader()
- // 方式二：獲取當前線程上下文的 ClassLoader
- Thread.currentThread().getContextClassLoader()
- // 方式三：獲取系統的 ClassLoader
- ClassLoader.getSystemClassLoader()
- // 方式四：獲取調用者的 ClassLoader
- DriverManager.getCallerClassLoader()
類加載機制—雙親委派機制
jvm對class文件采用的是按需加載的方式，當需要使用該類時，jvm才會將它的class文件加載到內存中產生class對象。
在加載類的時候，是采用的雙親委派機制，即把請求交給父類處理的一種任務委派模式。
- 工作原理
（1）如果一個類加載器接收到了類加載的請求，它自己不會先去加載，會把這個請求委托給父類加載器去執行。
（2）如果父類還存在父類加載器，則繼續向上委托，一直委托到啟動類加載器：Bootstrap ClassLoader
（3）如果父類加載器可以完成加載任務，就返回成功結果，如果父類加載失敗，就由子類自己去嘗試加載，如果子類加載失敗就會拋出ClassNotFoundException異常，這就是雙親委派模式
- 第三方包加載方式：反向委派機制
在Java應用中存在著很多服務提供者接口（Service Provider Interface，SPI），這些接口允許第三方為它們提供實現，如常見的 SPI 有 JDBC、JNDI等，這些 SPI 的接口屬于 Java 核心庫，一般存在rt.jar包中，由Bootstrap類加載器加載。而Bootstrap類加載器無法直接加載SPI的實現類，同時由于雙親委派模式的存在，Bootstrap類加載器也無法反向委托AppClassLoader加載器SPI的實現類。在這種情況下，我們就需要一種特殊的類加載器來加載第三方的類庫，而線程上下文類加載器（雙親委派模型的破壞者）就是很好的選擇。
從圖可知rt.jar核心包是有Bootstrap類加載器加載的，其內包含SPI核心接口類，由于SPI中的類經常需要調用外部實現類的方法，而jdbc.jar包含外部實現類(jdbc.jar存在于classpath路徑)無法通過Bootstrap類加載器加載，因此只能委派線程上下文類加載器把jdbc.jar中的實現類加載到內存以便SPI相關類使用。顯然這種線程上下文類加載器的加載方式破壞了“雙親委派模型”，它在執行過程中拋棄雙親委派加載鏈模式，使程序可以逆向使用類加載器，當然這也使得Java類加載器變得更加靈活。
- 沙箱安全機制
自定義 String 類，但是在加載自定義 String 類的時候會率先使用引導類加載器加載，而引導類加載器在加載的過程中會先加載 JDK 自帶的文件（rt.jar 包中的 javalangString.class），報錯信息說沒有 main 方法就是因為加載的 rt.jar 包中的 String 類。這樣可以保證對 Java 核心源代碼的保護，這就是沙箱安全機制。
