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一文带你搞懂Java类加载机制

作者：蜀山剑客李沐白

Java 类加载机制是 Java 运行时的核心组成部分,负责在程序运行过程中动态加载和连接类文件,并将其转换为可执行代码,接下来小编就来带大家搞懂面试官老问的 Java 类加载机制,需要的朋友可以参考下

一、介绍

Java 类加载机制的作用和重要性

Java 类加载机制是 Java 运行时的核心组成部分，负责在程序运行过程中动态加载和连接类文件，并将其转换为可执行代码。

二、类加载器

加载器类别

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）是 Java 类加载器中的最顶层的一个加载器，它负责加载 Java 运行时核心类库和其他被 JVM 所信任的重要类。

扩展类加载器（Extension Class Loader）

扩展类加载器（Extension Class Loader）是 Java 类加载器中的一种，它是属于标准的系统类加载器的一部分。扩展类加载器用于加载 Java 虚拟机扩展目录（Java Extension Directory）中的类库。

应用程序类加载器（Application Class Loader）

应用程序类加载器（Application Class Loader），也称为系统类加载器（System Class Loader），是 Java 类加载器中的一种。它负责加载应用程序的类和资源文件。

双亲委派模型（Delegation Model）

双亲委派模型（Parent Delegation Model）是 Java 类加载器的一种工作机制，它定义了类加载器之间的层次关系和类加载的优先级。

双亲委派模型是 Java 类加载器的一种工作机制，定义了类加载器之间的层次关系和类加载的优先级。它通过委派机制，使得父加载器先尝试加载类，避免了重复加载和类的冲突。双亲委派模型也提供了一定的安全性保证，控制了类加载的权限。同时，双亲委派模型也为自定义类加载器提供了基础，可以实现特定的类加载策略。

自定义类加载器

自定义类加载器是通过继承ClassLoader类来实现的。ClassLoader是Java虚拟机提供的用于加载类和资源的基础类加载器，自定义类加载器可以在其基础上实现特定的加载策略。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    // 自定义类加载器的实现
}
public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] byteCode = loadClassBytes(name); // 加载类的字节码
        if (byteCode == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        return defineClass(name, byteCode, 0, byteCode.length);
    }
    private byte[] loadClassBytes(String name) {
        // 根据name加载类的字节码，可从文件系统、网络等位置加载
        // 返回字节码的字节数组
    }
}
private byte[] loadClassBytes(String name) {
    // 根据name加载类的字节码，可从文件系统、网络等位置加载
    // 返回字节码的字节数组
    try (InputStream inputStream = new FileInputStream(name + ".class")) {
        ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream();
        byte[] buffer = new byte[4096];
        int bytesRead;
        while ((bytesRead = inputStream.read(buffer)) != -1) {
            byteStream.write(buffer, 0, bytesRead);
        }
        return byteStream.toByteArray();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return null;
}

这个示例中，我们通过从文件系统加载类的字节码。你可以根据实际需求自行实现，例如从网络下载字节码或从其他自定义位置加载。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        CustomClassLoader classLoader = new CustomClassLoader();
        try {
            Class<?> customClass = classLoader.loadClass("com.example.CustomClass");
            // 使用加载的类进行操作
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个CustomClassLoader实例，并调用loadClass()方法加载指定的类。返回的Class对象可以用于实例化对象或调用类的静态方法。

public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        if (shouldLoadWithCustomClassLoader(name)) {
            byte[] byteCode = loadClassBytes(name);
            if (byteCode == null) {
                throw new ClassNotFoundException();
            }
            return defineClass(name, byteCode, 0, byteCode.length);
        } else {
            return super.findClass(name);
        }
    }
    private boolean shouldLoadWithCustomClassLoader(String name) {
        // 根据自定义规则判断是否由自定义类加载器加载
        // 返回true表示由自定义类加载器加载，返回false表示由父类加载器加载
    }
}

在这个示例中，我们通过重写findClass()方法，根据自定义规则判断是否应该由自定义类加载器加载类。如果满足条件，则调用defineClass()方法加载类的字节码；否则，则交给父类加载器处理。

三、类加载过程

加载阶段（Loading）

验证阶段（Verification）

准备阶段（Preparation）

解析阶段（Resolution）

初始化阶段（Initialization）

使用阶段（Usage）

四、类的卸载

垃圾回收对类的卸载处理

在Java虚拟机中，垃圾回收（Garbage Collection）是负责自动回收不再使用的内存资源的机制。当一个类不再被使用时，Java虚拟机会通过垃圾回收来回收该类所占用的内存空间，并对其进行卸载处理。

垃圾回收器通过标记-清除（Mark and Sweep）算法或其他相关算法来识别和回收无用的对象。当垃圾回收器确定某个类的所有实例对象都已经不再被引用时，它可以判断该类已经不再需要存在于内存中。

在垃圾回收过程中，如果一个类的所有实例对象都被回收，那么虚拟机将执行类的卸载操作。类卸载的具体过程如下：

需要注意的是，类的卸载是一个相对较为复杂的操作，且其具体实现可能因Java虚拟机的不同而有所差异。一般情况下，只有当满足特定条件时，垃圾回收器才会触发类的卸载操作，例如类的所有实例对象都已经被回收，并且该类的类加载器也不再被引用。

卸载条件和判定过程

类的卸载是一个相对较为复杂的操作，其触发和判定过程可能因Java虚拟机的不同而有所差异。一般情况下，以下条件之一满足时，垃圾回收器才会触发类的卸载操作：

卸载判定过程：

在Java虚拟机中，类的卸载判定通常是由垃圾回收器来完成的。具体的卸载判定过程可能因虚拟机的实现而有所不同，但一般会包括以下步骤：

需要注意的是，垃圾回收和类的卸载通常是由虚拟机自动进行的，我们不需要显式地触发或管理类的卸载过程。这种自动化的内存管理机制确保了Java程序的运行效率和稳定性。

五、类加载机制的应用场景

以上就是一文带你搞懂Java类加载机制的详细内容，更多关于Java类加载机制的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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