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Java中的所有類，都需要由類加載器裝載到JVM中才能運行。類加載器本身也是一個類，而它的工作就是把class文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。在寫程序的時候，我們幾乎不需要關(guān)心類的加載，因為這些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的加載所需要的類。

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類裝載方式，有兩種 ：

1.隱式裝載， 程序在運行過程中當(dāng)碰到通過new 等方式生成對象時，隱式調(diào)用類裝載器加載對應(yīng)的類到j(luò)vm中，

2.顯式裝載， 通過class.forname()等方法，顯式加載需要的類

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Java類的加載是動態(tài)的，它并不會一次性將所有類全部加載后再運行，而是保證程序運行的基礎(chǔ)類(像是基類)完全加載到j(luò)vm中，至于其他類，則在需要的時候才加載。這當(dāng)然就是為了節(jié)省內(nèi)存開銷。

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Java的類加載器有三個，對應(yīng)Java的三種類:

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Bootstrap Loader ?：啟動類加載器，是虛擬機自身的一部分。負責(zé)將存放在\lib目錄中的類庫加載到虛擬機中。其無法被Java程序直接引用。?負責(zé)加載系統(tǒng)類 (指的是內(nèi)置類，像是String，對應(yīng)于C#中的System類和C/C++標(biāo)準(zhǔn)庫中的類)

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ExtClassLoader ??：?負責(zé)加載擴展類(就是繼承類和實現(xiàn)類)

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AppClassLoader ??：負責(zé)加載用戶類路徑（ClassPath）上所指定的類庫(程序員自定義的類)

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JVM中類的加載是由類加載器（ClassLoader）和它的子類來實現(xiàn)的，Java中的類加載器是一個重要的Java運行時系統(tǒng)組件，它負責(zé)在運行時查找和裝入類文件中的類。

由于Java的跨平臺性，經(jīng)過編譯的Java源程序并不是一個可執(zhí)行程序，而是一個或多個類文件。當(dāng)Java程序需要使用某個類時，JVM會確保這個類已經(jīng)被加載、連接（驗證、準(zhǔn)備和解析）和初始化。

類的加載是指把類的.class文件中的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，通常是創(chuàng)建一個字節(jié)數(shù)組讀入.class文件，然后產(chǎn)生與所加載類對應(yīng)的Class對象。加載完成后，Class對象還不完整，所以此時的類還不可用。

當(dāng)類被加載后就進入連接階段，這一階段包括

驗證：為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機的要求，并且不會危害虛擬機自身的安全。

準(zhǔn)備：為靜態(tài)變量分配內(nèi)存并設(shè)置默認的初始值。

解析：將符號引用替換為直接引用。

最后JVM對類進行初始化，包括：1)如果類存在直接的父類并且這個類還沒有被初始化，那么就先初始化父類；2)如果類中存在初始化語句，就依次執(zhí)行這些初始化語句。

類的加載是由類加載器完成的，類加載器包括：啟動類加載器（BootStrap）、擴展類加載器（Extension）、應(yīng)用程序類加載器（Application）。　　　　　　

從Java 2（JDK 1.2）開始，類加載過程采取了雙親委派模型（PDM）。PDM更好的保證了Java平臺的安全性，在該機制中，JVM自帶的Bootstrap是啟動類加載器，其他的加載器都有且僅有一個父類加載器。類的加載首先請求父類加載器加載，父類加載器無能為力時才由其子類加載器自行加載。JVM不會向Java程序提供對Bootstrap的引用。

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雙親委派模型：要求除了頂層的啟動類加載器外，其余加載器都應(yīng)當(dāng)有自己的父類加載器。類加載器之間的父子關(guān)系，一般不會以繼承的關(guān)系來實現(xiàn)，而是通過組合關(guān)系復(fù)用父加載器的代碼。

　　工作過程：如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器完成。

每個層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請求最終都應(yīng)該傳送到頂層的啟動類加載器中，

只有到父加載器反饋自己無法完成這個加載請求（它的搜索范圍沒有找到所需的類）時，子加載器才會嘗試自己去加載。

　　為什么要使用：Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶優(yōu)先級的層次關(guān)系。

比如java.lang.Object，它存放在rt.jar中，無論哪個類加載器要加載這個類，最終都是委派給啟動類加載器進行加載，

因此Object類在程序的各個類加載器環(huán)境中，都是同一個類。

自己編寫一個與rt.jar類庫中已有類重名的java類，可以正常編譯，但無法被加載運行。

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委托機制的意義 — 防止內(nèi)存中出現(xiàn)多份同樣的字節(jié)碼?
比如兩個類A和類B都要加載System類：

如果不用委托而是自己加載自己的，那么類A就會加載一份System字節(jié)碼，然后類B又會加載一份System字節(jié)碼，這樣內(nèi)存中就出現(xiàn)了兩份System字節(jié)碼。
如果使用委托機制，會遞歸的向父類查找，也就是首選用Bootstrap嘗試加載，如果找不到再向下。這里的System就能在Bootstrap中找到然后加載，如果此時類B也要加載System，也從Bootstrap開始，此時Bootstrap發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載過了System那么直接返回內(nèi)存中的System即可而不需要重新加載，這樣內(nèi)存中就只有一份System的字節(jié)碼了。

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能不能自己寫個類叫java.lang.System？

答案：通常不可以，但可以采取另類方法達到這個需求。?
解釋：為了不讓我們寫System類，類加載采用委托機制，這樣可以保證父類加載器優(yōu)先，父類加載器能找到的類，子加載器就沒有機會加載。而System類是Bootstrap加載器加載的，就算自己重寫，也總是使用Java系統(tǒng)提供的System，自己寫的System類根本沒有機會得到加載。

但是，我們可以自己定義一個類加載器來達到這個目的，為了避免雙親委托機制，這個類加載器也必須是特殊的。由于系統(tǒng)自帶的三個類加載器都加載特定目錄下的類，如果我們自己的類加載器放在一個特殊的目錄，那么系統(tǒng)的加載器就無法加載，也就是最終還是由我們自己的加載器加載。

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1、JVM?簡介

　　JVM?是我們Javaer?的最基本功底了，剛開始學(xué)Java?的時候，一般都是從“Hello World?”開始的，然后會寫個復(fù)雜點class?，然后再找一些開源框架，比如Spring?，Hibernate?等等，再然后就開發(fā)企業(yè)級的應(yīng)用，比如網(wǎng)站、企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用、實時交易系統(tǒng)等等，直到某一天突然發(fā)現(xiàn)做的系統(tǒng)咋就這么慢呢，而且時不時還來個內(nèi)存溢出什么的，今天是交易系統(tǒng)報了StackOverflowError?，明天是網(wǎng)站系統(tǒng)報了個OutOfMemoryError?，這種錯誤又很難重現(xiàn)，只有分析Javacore?和dump?文件，運氣好點還能分析出個結(jié)果，運行遭的點，就直接去廟里燒香吧！每天接客戶的電話都是戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢的，生怕再出什么幺蛾子了。我想Java?做的久一點的都有這樣的經(jīng)歷，那這些問題的最終根結(jié)是在哪呢？——?JVM?。

　　JVM?全稱是Java Virtual Machine?，Java?虛擬機，也就是在計算機上再虛擬一個計算機，這和我們使用?VMWare不一樣，那個虛擬的東西你是可以看到的，這個JVM?你是看不到的，它存在內(nèi)存中。我們知道計算機的基本構(gòu)成是：運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備，那這個JVM?也是有這成套的元素，運算器是當(dāng)然是交給硬件CPU?還處理了，只是為了適應(yīng)“一次編譯，隨處運行”的情況，需要做一個翻譯動作，于是就用了JVM?自己的命令集，這與匯編的命令集有點類似，每一種匯編命令集針對一個系列的CPU?，比如8086?系列的匯編也是可以用在8088?上的，但是就不能跑在8051?上，而JVM?的命令集則是可以到處運行的，因為JVM?做了翻譯，根據(jù)不同的CPU?，翻譯成不同的機器語言。

　　JVM?中我們最需要深入理解的就是它的存儲部分，存儲？硬盤？NO?，NO?，?JVM?是一個內(nèi)存中的虛擬機，那它的存儲就是內(nèi)存了，我們寫的所有類、常量、變量、方法都在內(nèi)存中，這決定著我們程序運行的是否健壯、是否高效，接下來的部分就是重點介紹之。

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2、JVM?的組成部分

我們先把JVM?這個虛擬機畫出來，如下圖所示：

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從這個圖中可以看到，JVM?是運行在操作系統(tǒng)之上的，它與硬件沒有直接的交互。我們再來看下JVM?有哪些組成部分，如下圖所示：

該圖參考了網(wǎng)上廣為流傳的JVM?構(gòu)成圖，大家看這個圖，整個JVM?分為四部分：

## Class Loader?類加載器?

類加載器的作用是加載類文件到內(nèi)存，比如編寫一個HelloWord.java?程序，然后通過javac?編譯成class?文件，那怎么才能加載到內(nèi)存中被執(zhí)行呢？Class Loader?承擔(dān)的就是這個責(zé)任，那不可能隨便建立一個.class?文件就能被加載的，Class Loader?加載的class?文件是有格式要求，在《JVM Specification?》中式這樣定義Class?文件的結(jié)構(gòu)：

ClassFile {u4 magic;u2 minor_version;u2 major_version;u2 constant_pool_count;cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];u2 access_flags;u2 this_class;u2 super_class;u2 interfaces_count;u2 interfaces[interfaces_count];u2 fields_count;field_info fields[fields_count];u2 methods_count;method_info methods[methods_count];u2 attributes_count;attribute_info attributes[attributes_count];}

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需要詳細了解的話，可以仔細閱讀《JVM Specification?》的第四章“The class File Format?”，這里不再詳細說明。

友情提示：Class Loader?只管加載，只要符合文件結(jié)構(gòu)就加載，至于說能不能運行，則不是它負責(zé)的，那是由Execution Engine?負責(zé)的。

##?Execution Engine?執(zhí)行引擎?

執(zhí)行引擎也叫做解釋器(Interpreter)?，負責(zé)解釋命令，提交操作系統(tǒng)執(zhí)行。

##?Native Interface?本地接口

本地接口的作用是融合不同的編程語言為Java?所用，它的初衷是融合C/C++?程序，Java?誕生的時候是C/C++?橫行的時候，要想立足，必須有一個聰明的、睿智的調(diào)用C/C++?程序，于是就在內(nèi)存中專門開辟了一塊區(qū)域處理標(biāo)記為native?的代碼，它的具體做法是Native Method Stack?中登記native?方法，在Execution Engine?執(zhí)行時加載native libraies?。目前該方法使用的是越來越少了，除非是與硬件有關(guān)的應(yīng)用，比如通過Java?程序驅(qū)動打印機，或者Java?系統(tǒng)管理生產(chǎn)設(shè)備，在企業(yè)級應(yīng)用中已經(jīng)比較少見，因為現(xiàn)在的異構(gòu)領(lǐng)域間的通信很發(fā)達，比如可以使用Socket?通信，也可以使用Web Service?等等，不多做介紹。

## Runtime data area?運行數(shù)據(jù)區(qū)?

運行數(shù)據(jù)區(qū)是整個JVM?的重點。我們所有寫的程序都被加載到這里，之后才開始運行，Java?生態(tài)系統(tǒng)如此的繁榮，得益于該區(qū)域的優(yōu)良自治。

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整個JVM?框架由加載器加載文件，然后執(zhí)行器在內(nèi)存中處理數(shù)據(jù)，需要與異構(gòu)系統(tǒng)交互是可以通過本地接口進行，瞧，一個完整的系統(tǒng)誕生了！

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3、JVM加載class文件的原理機制?

　　?Java中的所有類，都需要由類加載器裝載到JVM中才能運行。類加載器本身也是一個類，而它的工作就是把class文件從硬盤讀取到內(nèi)存中。在寫程序的時候，我們幾乎不需要關(guān)心類的加載，因為這些都是隱式裝載的，除非我們有特殊的用法，像是反射，就需要顯式的加載所需要的類。

　　類裝載方式，有兩種?
??? 　　1.隱式裝載， 程序在運行過程中當(dāng)碰到通過new 等方式生成對象時，隱式調(diào)用類裝載器加載對應(yīng)的類到j(luò)vm中，
??? 　　2.顯式裝載， 通過class.forname()等方法，顯式加載需要的類?
? 　　隱式加載與顯式加載的區(qū)別：兩者本質(zhì)是一樣??

? ? ?Java類的加載是動態(tài)的，它并不會一次性將所有類全部加載后再運行，而是保證程序運行的基礎(chǔ)類(像是基類)完全加載到j(luò)vm中，至于其他類，則在需要的時候才加載。這當(dāng)然就是為了節(jié)省內(nèi)存開銷。

? 　Java的類加載器有三個，對應(yīng)Java的三種類:（java中的類大致分為三種：?? 1.系統(tǒng)類?? 2.擴展類?3.由程序員自定義的類?）

???? Bootstrap Loader? // 負責(zé)加載系統(tǒng)類?(指的是內(nèi)置類，像是String，對應(yīng)于C#中的System類和C/C++標(biāo)準(zhǔn)庫中的類)
??????????? |?
????????? - - ExtClassLoader?? //?負責(zé)加載擴展類(就是繼承類和實現(xiàn)類)
????????????????????????? |?
????????????????????? - - AppClassLoader?? //?負責(zé)加載應(yīng)用類(程序員自定義的類)

?三個加載器各自完成自己的工作，但它們是如何協(xié)調(diào)工作呢？哪一個類該由哪個類加載器完成呢？為了解決這個問題，Java采用了委托模型機制。

委托模型機制的工作原理很簡單：當(dāng)類加載器需要加載類的時候，先請示其Parent(即上一層加載器)在其搜索路徑載入，如果找不到，才在自己的搜索路徑搜索該類。這樣的順序其實就是加載器層次上自頂而下的搜索，因為加載器必須保證基礎(chǔ)類的加載。之所以是這種機制，還有一個安全上的考慮：如果某人將一個惡意的基礎(chǔ)類加載到j(luò)vm，委托模型機制會搜索其父類加載器，顯然是不可能找到的，自然就不會將該類加載進來。

????? 我們可以通過這樣的代碼來獲取類加載器:

ClassLoader loader = ClassName.class.getClassLoader(); ClassLoader ParentLoader = loader.getParent();

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注意一個很重要的問題，就是Java在邏輯上并不存在BootstrapKLoader的實體！因為它是用C++編寫的，所以打印其內(nèi)容將會得到null。
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前面是對類加載器的簡單介紹，它的原理機制非常簡單，就是下面幾個步驟:

1.裝載:查找和導(dǎo)入class文件;

2.連接:

??????(1)檢查:檢查載入的class文件數(shù)據(jù)的正確性;

??????(2)準(zhǔn)備:為類的靜態(tài)變量分配存儲空間;

??????(3)解析:將符號引用轉(zhuǎn)換成直接引用(這一步是可選的)

3.初始化:初始化靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊。

??????這樣的過程在程序調(diào)用類的靜態(tài)成員的時候開始執(zhí)行，所以靜態(tài)方法main()才會成為一般程序的入口方法。類的構(gòu)造器也會引發(fā)該動作。

-------------我是低調(diào)的分割線--------------------------

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?附錄：

https://www.cnblogs.com/Qian123/p/5707562.html

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/williamjie/p/11167920.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的描述一下JVM加载class文件的原理机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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