完整教程：类加载_JAVA学习笔记

一、类加载是什么？

Java 代码不是直接执行的，而是先编译成字节码（.class 文件），再由 JVM 执行。
但 JVM 并不知道所有类的位置，它必须通过一种机制去：

“把类文件加载进内存，变成可以用的Class对象”

这个过程就叫——类加载（Class Loading）

1.类加载器是什么？

比喻理解：

把JVM想象成一个图书馆，类加载器就是图书管理员，负责：

找到需要的书（.class文件）
检查书是否合格（验证）
给书分配书架位置（准备）
把书的内容整理好（解析）
让书可以借阅（初始化）

2.类加载时机

类加载器时机 = 什么时候请管理员找书？

// 场景1：创建对象 - "我要借这本书"
Student stu = new Student();  //  管理员去找Student类
// 场景2：使用静态成员 - "我要查这本书的目录"
System.out.println(Student.school);  //  管理员去找Student类
// 场景3：继承关系 - "我要借这套丛书的所有分册"
class CollegeStudent extends Student {}  //  管理员会先找Student类，再找CollegeStudent类

二、类加载过程详解

三步曲：加载 → 链接 → 初始化

.class文件
   │
   ▼
[加载] → 创建Class对象 → 放入方法区
   │
   ▼
[链接] → 验证 → 准备 → 解析
   │
   ▼
[初始化] → 赋值/执行静态块

1.加载(Loading)

把 .class 文件从硬件、网络、JAR包等地方加载内存中。（通俗理解是：找书和登记）

流程：

根据全限定类名（包名+类名）找到文件；
读取字节流；
生成一个 Class 对象放进方法区（Metaspace）；
JVM 内部会用这个 Class 对象来创建实例、调用静态方法。

// 管理员根据"书名"找到.class文件
// 创建这本书的"借阅卡"(Class对象)
Class studentClass = Student.class;  //  创建借阅卡

2.链接(Linking)

链接包含三个子步骤
步骤	含义	举例
验证 (Verification)	检查字节码格式是否符合 JVM 规范、安全性检查	防止恶意或错误字节码
准备 (Preparation)	为类的静态变量分配内存，设置默认值	static String school = null；
解析 (Resolution)	把符号引用（类名、方法名）转换成直接引用（内存地址）	把 `"com.itheima.C"` → C类对象的地址

详情：

2.1.验证

检查书是不是正版，有没有危险内容

// 验证字节码是否符合JVM规范
// 防止恶意代码破坏图书馆

2.2.准备

给静态变量分配空间，设默认值

class Student {
    static String school = "大学";  // 准备阶段：school = null
    static int count;                 // 准备阶段：count = 0
}

2.3.解析

把符号引用变成直接引用

class B {
    C c = new C();  // 解析前：C只是个名字（符号）
                    // 解析后：C变成具体的内存地址
}

3.初始化

执行程序员写的初始化逻辑(赋值、静态代码块)

class Student {
    static String school = "大学";
}

经过初始化后：

静态区：String school = "大学";

也就是说：到这个阶段，类才算真正可用。

三、类加载器的体系结构

JVM使用不同的加载器来加载不同来源的类。
这些类加载器存在父子关系（上下级关系），但并不是代码层面的 extends，仅仅是逻辑层面的。

比喻：把JVM想象成一个大型集团公司

          JVM集团公司
              │
    ┌─────────┼─────────┐
    │         │         │
    ▼         ▼         ▼
  董事长    部门经理   项目经理
 (启动类)   (平台类)   (应用类)

1.启动类加载器——“董事长”

身份：身为创始人兼董事长，由 C++ 实现（看不到源码，null 表示）
职责：只信任公司最核心的员工，也就是JDK核心类库。
- 负责加载 JDK 核心类，主要加载内容：
  - java.lang.*（如 String、Object）
  - java.util.*（如 List、Map）
  - java.io.*（如 File）

特点：

是最底层的加载器
因为是C++写的，所以我们在Java代码里打印时他会显示 null。

System.out.println(String.class.getClassLoader());
// 输出 null，因为由Bootstrap加载

（意思不是“没有加载器”，而是“被董事长亲自录用了”）

2.平台类加载器——“部门经理”

职责：负责加载 扩展模块或中间层的工具类库。
- 主要加载内容：
  - JDK自带但非核心的包（比如javax.*、一些内部工具类）。
  - JDK 9 之后它取代了旧的 “扩展类加载器（ExtClassLoader）”。
特点：
- 承上启下：向董事长汇报，管理项目经理
- 管专业模块：负责特定的扩展功能
- JDK升级改名：从"扩展经理"晋升为"平台经理"

ClassLoader loader = DNSNameService.class.getClassLoader();
System.out.println(loader);
// 输出：jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader@xxxx

类比理解：

董事长不会亲自面试所有人，所以让部门经理负责审核“中层骨干”（JDK 扩展模块）。
部门经理（平台类加载器）专门管理像"网络服务"、"安全模块"这些专业部门，不上报给董事长的小事他都自己处理。

3.应用程序类加载器——“项目经理”

职责：负责加载 我们自己写的代码。
- 主要加载内容：
  - classpath 路径下的所有类（也就是你自己写的 .class 文件）。
  - 几乎所有用户代码都是它加载的。
特点：
- 一线管理：直接管理我们写的代码
- 最常用：95%的类都是他加载的
- classpath专家：负责项目路径下的所有类

public class MyClass {
    public static void main(String[] args) {
        // 项目经理管理我们自己的代码
        System.out.println("我的类加载器: " + MyClass.class.getClassLoader());
        // 输出: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@xxx
        System.out.println("String类加载器: " + String.class.getClassLoader());
        // 输出: null (董事长管的)
    }
}

通俗理解：

项目经理（应用程序类加载器）就是我们直接打交道的"直属领导"，我们写的所有代码都归他管。

4.自定义类加载器——“外包团队”

职责：自己定义从哪里加载类，比如：
- 从网络加载；
- 从加密的 jar 包中加载；
- 从数据库或云端拉取 class 数据
关键点：
- 继承 ClassLoader；
- 通常重写 findClass() 方法；
- 默认“上级”是应用类加载器。
特点：
- 特殊任务：处理常规加载器做不到的事情
- 灵活机动：可以自定义加载逻辑
- 向上汇报：默认向项目经理汇报

// 比如：从网络加载类、加载加密的class文件等
public class NetworkClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义加载逻辑：从网络下载字节码
        byte[] classData = downloadClassData(name);
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }
    private byte[] downloadClassData(String className) {
        // 模拟从网络下载
        return new byte[0];
    }
}

类比理解：

你公司外包了一个特殊项目，需要一个外部顾问来“按自己方式”招人。

5.完整的工作流程演示

public class ClassLoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=== 类加载器完整演示 ===");
        // 1. 查看各种类的加载器
        showClassLoaders();
        // 2. 查看层级关系
        showHierarchy();
    }
    static void showClassLoaders(){
        System.out.println("\n1.各类的加载器：");
        //董事长管理
        System.out.println("String (核心类)："+String.class.getClassLoader());
        System.out.println("List (工具类)："+java.util.List.class.getClassLoader());
        //项目经理管理
        System.out.println("当前类："+ClassLoaderDemo.class.getClassLoader());
    }
    static void showHierarchy(){
        System.out.println("\n2. 加载器层级关系：");
        ClassLoader loader = ClassLoaderDemo.class.getClassLoader();
        System.out.println("我 → " + loader);  // 项目经理
        System.out.println("我上级 → " + loader.getParent());  // 部门经理
        System.out.println("我上上级 → " + loader.getParent().getParent());  // 董事长(null)
    }
}

6.双亲委派模式

6.1.什么是双亲委派？

这个体系不是“代码继承”，而是“上下级汇报制度”。比喻： 就像公司里的请示汇报制度
工作原则（父类委派机制）：

当一个下级加载器接到“加载任务”时，不会立刻干，而是先请上级试试看。

具体步骤:
当我 new String() 时：
1. 项目经理收到任务
2. 项目经理问部门经理：你能加载String吗？
3. 部门经理问董事长：你能加载String吗？
4. 董事长：我能！我来加载
5. 最终：String由董事长加载完成

public class DoubleParentDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String str = new String("hello");
        System.out.println(String.class.getClassLoader());  // 输出：null
    }
}

6.2.双亲委派的好处：

避免重复加载：同一个类只加载一次
安全防护：防止核心API被篡改
结构清晰：各司其职，职责分明

posted @ 2025-12-01 22:43 gccbuaa 阅读(0) 评论(0) 收藏举报

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