关于类加载，有两个非常重要的内容，就是类加载器和双亲委派机制，也是面试时常见考核问题。
还是以这个简单的代码为例：
arduino复制代码package com.jvm.test;
public class Book {
public static void mAIn(String[] args) {
String name = "《三体》";
System.out.printf("一本你不看，都不知道何为“惊艳”二字的书：" + name);
}
}
上面的类的加载是要通过类加载器来实现的。
JAVA中有几种类加载器：
了解了这几种不同的加载器，如我们上述实例的代码的类的加载，应该也很容易得知是由 应用程序类加载器 来加载。
接下来看一个类加载器的示例：
ini复制代码package com.jvm.classloader;
import sun.misc.Launcher;
import java.NET.URL;
public class TestJDKClassLoader {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(String.class.getClassLoader());
System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());
System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());
System.out.println();
ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);
System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
System.out.println();
System.out.println("bootstrapLoader加载以下路径文件：");
URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i]);
}
System.out.println();
System.out.println("extClassloader加载以下路径文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
System.out.println();
System.out.println("appClassLoader加载以下路径文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
}
}
可以思考一下输出结果是啥？
输出结果：
bash复制代码null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@6ce253f1
the bootstrapLoader : null
bootstrapLoader加载以下路径文件：
file:/Library/Java/JavaVirtualmachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/classes
extClassloader加载以下路径文件：
/Users/lan/Library/Java/Extensions:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext:/Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions:/System/Library/Java/Extensions:/usr/lib/java
appClassLoader加载以下路径文件：
/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/deploy.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/cldrdata.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/DNSns.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jaccess.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jfxrt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/localedata.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/nashorn.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunec.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/zipfs.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/javaws.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfxswt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/management-agent.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/plugin.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/lib/ant-javafx.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/lib/dt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/lib/javafx-mx.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/lib/jconsole.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/lib/packager.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/lib/sa-jdi.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_191.jdk/Contents/Home/lib/tools.jar:/Users/lan/lihy/study/tuling/jvm/jvm-full-gc/target/classes:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/boot/spring-boot-starter-web/2.1.2.RELEASE/spring-boot-starter-web-2.1.2.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/boot/spring-boot-starter/2.1.2.RELEASE/spring-boot-starter-2.1.2.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/boot/spring-boot/2.1.2.RELEASE/spring-boot-2.1.2.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/boot/spring-boot-autoconfigure/2.1.2.RELEASE/spring-boot-autoconfigure-2.1.2.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/boot/spring-boot-starter-logging/2.1.2.RELEASE/spring-boot-starter-logging-2.1.2.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/ch/qos/logback/logback-classic/1.2.3/logback-classic-1.2.3.jar:/Users/lan/.m2/repository/ch/qos/logback/logback-core/1.2.3/logback-core-1.2.3.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/Apache/logging/log4j/log4j-to-slf4j/2.11.1/log4j-to-slf4j-2.11.1.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/apache/logging/log4j/log4j-api/2.11.1/log4j-api-2.11.1.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/slf4j/jul-to-slf4j/1.7.25/jul-to-slf4j-1.7.25.jar:/Users/lan/.m2/repository/javax/annotation/javax.annotation-api/1.3.2/javax.annotation-api-1.3.2.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/yaml/snakeyaml/1.23/snakeyaml-1.23.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/boot/spring-boot-starter-json/2.1.2.RELEASE/spring-boot-starter-json-2.1.2.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/com/fasterxml/jackson/core/jackson-databind/2.9.8/jackson-databind-2.9.8.jar:/Users/lan/.m2/repository/com/fasterxml/jackson/core/jackson-annotations/2.9.0/jackson-annotations-2.9.0.jar:/Users/lan/.m2/repository/com/fasterxml/jackson/core/jackson-core/2.9.8/jackson-core-2.9.8.jar:/Users/lan/.m2/repository/com/fasterxml/jackson/datatype/jackson-datatype-jdk8/2.9.8/jackson-datatype-jdk8-2.9.8.jar:/Users/lan/.m2/repository/com/fasterxml/jackson/datatype/jackson-datatype-jsr310/2.9.8/jackson-datatype-jsr310-2.9.8.jar:/Users/lan/.m2/repository/com/fasterxml/jackson/module/jackson-module-parameter-names/2.9.8/jackson-module-parameter-names-2.9.8.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/boot/spring-boot-starter-Tomcat/2.1.2.RELEASE/spring-boot-starter-tomcat-2.1.2.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/apache/tomcat/embed/tomcat-embed-core/9.0.14/tomcat-embed-core-9.0.14.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/apache/tomcat/embed/tomcat-embed-el/9.0.14/tomcat-embed-el-9.0.14.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/apache/tomcat/embed/tomcat-embed-websocket/9.0.14/tomcat-embed-websocket-9.0.14.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/hibernate/validator/hibernate-validator/6.0.14.Final/hibernate-validator-6.0.14.Final.jar:/Users/lan/.m2/repository/javax/validation/validation-api/2.0.1.Final/validation-api-2.0.1.Final.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/jboss/logging/jboss-logging/3.3.2.Final/jboss-logging-3.3.2.Final.jar:/Users/lan/.m2/repository/com/fasterxml/classmate/1.4.0/classmate-1.4.0.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-web/5.1.4.RELEASE/spring-web-5.1.4.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-beans/5.1.4.RELEASE/spring-beans-5.1.4.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-webmvc/5.1.4.RELEASE/spring-webmvc-5.1.4.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-aop/5.1.4.RELEASE/spring-aop-5.1.4.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-context/5.1.4.RELEASE/spring-context-5.1.4.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-expression/5.1.4.RELEASE/spring-expression-5.1.4.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/slf4j/slf4j-api/1.7.25/slf4j-api-1.7.25.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-core/5.1.4.RELEASE/spring-core-5.1.4.RELEASE.jar:/Users/lan/.m2/repository/org/springframework/spring-jcl/5.1.4.RELEASE/spring-jcl-5.1.4.RELEASE.jar:/Applications/IntelliJ IDEA.app/Contents/lib/idea_rt.jar
Process finished with exit code 0
通过前面对几种类加载的了解，对这个输出结果应该问题不大。
但是可能有几个小疑问：
1、 System.out.println(
String.class.getClassLoader());这个语句，为何输出时null?
因为System类是Java核心类库中的类，它是由引导类加载器加载。引导类加载器是JVM的内置加载器，由C++实现，因此在Java中就输出为null。
2、System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);为何也输出为null? 这里extClassloader.getParent()获取扩展类加载器的父加载器，即引导类加载器，其由C++实现，因此在Java中就输出也就为null。
类加载初始化过程
如上类运行加载全过程图，可知在JVM启动的过程中，会有一系列的初始化操作，包括创建类加载器、加载核心类库等。在这个初始化的过程，C++（其实是JVM自身调用，因为JVM底层是C++实现，从底层的角度，就是C++代码调用Java）调用Javasun.misc.Launcher类的构造方法 Launcher()创建实例。
在Launcher构造方法的内部，会创建两个类加载器：
Launcher构造器核心源码：
JVM默认使用Launcher的getClassLoader()方法返回的类加载器AppClassLoader的实例加载我们的应用程序。
双亲委派是一种类加载的机制。如果一个类加载器接到加载类的请求时，它首先不会自己尝试加载这个类，而是把这个请求任务委托给其父加载器去完成，依次递归，如果父加载器可以完成类加载任务，就成功返回。只有父加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。
JVM类加载器的层级结构图：
我们直接先来看一下应用程序类加载器（AppClassLoader）加载类的双亲委派机制源码，AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法, 该方法核心源码：
该方法的大体逻辑为：
双亲委派机制简单点说就是：先找父亲加载，不行再由儿子自己加载。
如果你对唯一性 和 一致性有些混淆，那我们可以借助以下的例子进行帮助理解：
唯一性： 就像每个人的身份证号码都是独一无二的。在类加载机制中，就像每个类在Java中都有唯一的类加载器来加载，保证不同的类拥有不同的加载器，避免了类之间的冲突和混淆。
一致性： 无论在什么情况下使用身份证，一个人的身份证号码都是不变的。在类加载中，一致性指的是无论通过哪个类加载器加载同一个类，其类定义，在整个应用中都是一致性。
运行尝试加载自己写的java.lang.String类：
typescript复制代码package java.lang;
public class String {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(">>> Hello String Class >>>");
}
}
运行结果：
arduino复制代码错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为:
public static void main(String[] args)
否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application
Process finished with exit code 1
问题分析：
当运行自己定义的java.lang.String 类时，首先会由系统类加载器（应用程序类加载器）尝试加载这个类。由于类加载的双亲委派机制，当应用程序类加载器在其类加载缓存无法找到java.lang.String 类时，它会委托父加载器（扩展类加载器）尝试加载。同样，扩展类加载器也无法找到，会继续委托给引导类加载器。由于引导类加载器负责加载 Java 核心类库，它会在自己的类路径中找到系统提供的 java.lang.String 类。因此，最终执行的是核心类库中的 java.lang.String 类，该类没有定义 main 方法，导致执行报错。
这个示例，证实了双亲委派机制上述所说的沙箱安全机制特性，它阻止了开发人员在核心类库中创建同名类来替代原有的核心类。这样的机制确保了核心类库的稳定性和一致性，同时也防止了开发人员意外地覆盖核心类的行为。
全盘负责委托机制： “全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入。
自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法，一个是loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。
代码示例:
java复制代码package com.jvm.classloader;
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
// 初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，
// 其中会把自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("/Users/lan/data/test");
// 在路径/Users/lan/data/test下创建test/com/tuling/jvm 几级目录，将Book1类的复制类Book1.class丢入该目录
Class clazz = classLoader.loadClass("com.jvm.test.Book1");
Object obj = clazz.newInstance();
Method method = clazz.getDeclaredMethod("getName", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
}
注意：如果classpath下有com.jvm.test.Book1的.class，先删除。
因为自定义加载器的父加载器是程序类加载器（AppClassLoader），基于类加载的双亲委派机制，比如我们示例中的com.jvm.test.Book1，会被委托给程序类加载器加载，如果classpath下存在此Book1.class，输出结果将是：sun.misc.Launcher$AppClassLoader。
因此，为了自定义加载器能按预期从路径其类加载路径/Users/lan/data/test下加载Book1，需要先删除classpath下的Book1.class。
来一个沙箱安全机制示例，尝试打破双亲委派机制，主要是通过重写类加载loadClass方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载。然后用自定义类加载器加载我们自己实现的java.lang.String.class。
代码示例：
java复制代码package com.jvm.classloader;
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll(".", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
//defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
/**
* 重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载
* @param name
* @param resolve
* @return
* @throws ClassNotFoundException
*/
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
// 初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，
// 其中会把自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("/Users/lan/data/test"); // 在路径/Users/lan/data/test下创建java/lang 几级目录，将java.lang.String.class丢入该目录
// 尝试用自己改写类加载机制去加载自己写的java.lang.String.class
Class clazz = classLoader.loadClass("java.lang.String");
Object obj = clazz.newInstance();
Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
}
}
输出结果：
php复制代码java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang
at java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:662)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:761)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at com.jvm.classloader.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.findClass(MyClassLoaderTest.java:28)
at com.jvm.classloader.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.loadClass(MyClassLoaderTest.java:53)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at com.jvm.classloader.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.main(MyClassLoaderTest.java:72)
Exception in thread "main" java.lang.ClassNotFoundException
at com.jvm.classloader.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.findClass(MyClassLoaderTest.java:31)
at com.jvm.classloader.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.loadClass(MyClassLoaderTest.java:53)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at com.jvm.classloader.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.main(MyClassLoaderTest.java:72)
从输出结果，可以看出即使我们自定义的类加载器打破了双亲委派机制，仍然无法成功加载 java.lang.String类。
这是因为尽管自定义类加载器打破了双亲委派机制，但是由于 Java 虚拟机的安全性设计，它仍然通过检查类名是否以 "java." 开头，禁止加载这些类。这种安全性设计保障了 Java 的稳定性和安全性，防止恶意代码对核心功能造成损害。
安全检测的核心源码：
另外，java.lang.String.class位于jre/lib/rt.jar。
解压此jar包，即可获取到String.class：
今天，介绍了Java类加载器及双亲委派机制，做下小结：
原文链接：
https://juejin.cn/post/7268820544996163639
京公网安备 11010802035086号