玩命學JVM（二）—類載入機制
阿新 • • 發佈：2020-10-02
## 前言
Java程式執行圖：
上一篇[玩命學JVM（一）—認識JVM和位元組碼檔案](https://www.cnblogs.com/cleverziv/p/13751488.html)我們簡單認識了 JVM 和位元組碼檔案。那JVM是如何使用位元組碼檔案的呢？從上圖清晰地可以看到，JVM 通過類載入器完成了這一過程。
以下是類載入機制的知識框架：
接下來我們對思維導圖中重難點部分做補充。
### 1. 是什麼？
類的載入就是將 .class 檔案的二進位制資料讀入到記憶體中，將其放在 JVM 的執行時資料區的方法區內。然後在堆區內建立一個 java.lang.Class 物件，用於封裝類在方法區內的資料結構。
### 5. 雙親委派模型
雙親委派模型圖如下：
對於“雙親委派模型”，首先需要糾正一點，“雙親”並不是說它有“兩個親”。實際上行“雙親委派模型”和“雙”毫無關係，只和“親”有關係。
其實“雙親”是翻譯的一個錯誤，原文出處是“parent”，被翻譯成了“雙親”，在計算機領域更常見的說法是“父節點”。所以如果將“雙親委派模型”改為“父委派模型”，應該更好理解。
結合實際的類載入器來說，就是：
1. 每個類載入器都會向上找自己父類載入器嘗試完成類載入；
2. 父載入器載入失敗會向下找載入器嘗試載入。
如圖：
接下來我們從原始碼上來分析下 雙親委派模型
除`Bootstrap ClassLoader`外，其它的類載入器都是`ClassLoader`的子類。載入類的方法為`loadClass`，檢視原始碼可發現，`loadClass`在`ClassLoader`中有具體的實現，且在各個子類中都沒有被覆蓋。
先介紹三個重要的函式，對後續的原始碼閱讀有幫助：
`loadClass`：呼叫父類載入器的loadClass，載入失敗則呼叫自己的findClass方法。
`findClass`：根據名稱讀取檔案存入位元組陣列。
`defineClass`：把一個位元組陣列轉為Class物件。
```java
protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
// 在JVM中檢視類是否已經被載入
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
// 呼叫父類載入器的 loadClass方法，parent是該類載入器的父類，parent的值可能為 Application ClassLoader、Extension ClassLoader，當想要繼續往上找 Extension ClassLoader時，由於Bootstrap ClassLoader是C/C++實現的，所以在java中是Null
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
// 尋找 Bootstrap ClassLoader 載入
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
// 父載入器開始嘗試載入.class檔案，載入成功就返回一個java.lang.Class，載入不成功就丟擲一個ClassNotFoundException，給子載入器去載入
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
// 如果要解析這個.class檔案的話，就解析一下，解析的作用主要就是將符號引用替換為直接引用的過程
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
```
所謂的雙親委派模型，就是利用了`loadClass`只在父類中實現了這一點。
#### 自定義類載入器
自定義類載入主要有兩種方式：
1. 遵守雙親委派模型：繼承ClassLoader，重寫findClass()方法。
2. 破壞雙親委派模型：繼承ClassLoader,重寫loadClass()方法。 通常我們推薦採用第一種方法自定義類載入器，最大程度上的遵守雙親委派模型。
我們看一下實現步驟
（1）建立一個類繼承ClassLoader抽象類
（2）重寫findClass()方法
（3）在findClass()方法中呼叫defineClass()
第一步，自定義一個實體類Person.java，我把它編譯後的Person.class放在D盤根目錄下：
```java
package com.xrq.classloader;
public class Person
{
private String name;
public Person()
{
}
public Person(String name)
{
this.name = name;
}
public String getName()
{
return name;
}
public void setName(String name)
{
this.name = name;
}
public String toString()
{
return "I am a person, my name is " + name;
}
}
```
第二步，自定義一個類載入器，裡面主要是一些IO和NIO的內容，另外注意一下 defineClass方法可以把二進位制流位元組組成的檔案轉換為一個java.lang.Class----只要二進位制位元組流的內容符合Class檔案規 範。我們自定義的MyClassLoader繼承自java.lang.ClassLoader，就像上面說的，只實現findClass方法：
```java
public class MyClassLoader extends ClassLoader
{
public MyClassLoader()
{
}
public MyClassLoader(ClassLoader parent)
{
super(parent);
}
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException
{
File file = getClassFile(name);
try
{
byte[] bytes = getClassBytes(file);
Class c = this.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
return c;
}
catch (Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
return super.findClass(name);
}
private File getClassFile(String name)
{
File file = new File("D:/Person.class");
return file;
}
private byte[] getClassBytes(File file) throws Exception
{
// 這裡要讀入.class的位元組，因此要使用位元組流
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
FileChannel fc = fis.getChannel();
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
WritableByteChannel wbc = Channels.newChannel(baos);
ByteBuffer by = ByteBuffer.allocate(1024);
while (true)
{
int i = fc.read(by);
if (i == 0 || i == -1)
break;
by.flip();
wbc.write(by);
by.clear();
}
fis.close();
return baos.toByteArray();
}
}
```
第三步，Class.forName有一個三個引數的過載方法，可以指定類載入器，平時我們使用的Class.forName("XX.XX.XXX")都是使用的系統類載入器Application ClassLoader。寫一個測試類：
```java
public class TestMyClassLoader
{
public static void main(String[] args) throws Exception
{
MyClassLoader mcl = new MyClassLoader();
Class c1 = Class.forName("com.xrq.classloader.Person", true, mcl);
Object obj = c1.newInstance();
System.out.println(obj);
System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
}
}
```
執行結果：
> I am a person, my name is null
com.xrq.classloader.MyClassLoader@5d888759
## 參考文獻
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1636309817155065432&wfr=spider&for=pc
https://blog.csdn.net/qq_44836294/article/details/10