从JDK源码分析JVM类加载（jdk源码使用了哪些设计模式）

package com.test;

public class Demo {
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello word");
    }
    
}

通过Java命令执行代码的大体流程如下

其中loadClass的类加载过程有如下几步：

加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载

加载：在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件，使用到类时才会加载，例如调用类的main()方法，new对象等等，在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口
验证：校验字节码文件的正确性
准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
解析：将符号引用替换为直接引用，该阶段会把一些静态方法(符号引用，比如main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)，这是所谓的静态链接过程(类加载期间完成)，动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用，下节课会讲到动态链接
初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

类被加载到方法区中后主要包含 运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的引用、对应class实例的引用等信息。

类加载器的引用：这个类到类加载器实例的引用

对应class实例的引用：类加载器在加载类信息放到方法区中后，会创建一个对应的Class 类型的对象实例放到堆(Heap)中, 作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。

我们要注意：主类在运行过程中如果使用到其它类，会逐步加载这些类。

jar包或war包里的类不是一次性全部加载的，是使用到时才加载。

类加载器和双亲委派机制

上面的类加载过程主要是通过类加载器来实现的，Java里有如下几种类加载器

引导类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如rt.jar、charsets.jar等
扩展类加载器：负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包
应用程序类加载器：负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那些类
自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包

类加载器示例：
public class ClassLoderTest {
    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(ClassLoderTest.class.getClassLoader().getClass().getName());

        System.out.println();
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
        ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
        System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
        System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
        System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);

        System.out.println();
        System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");
        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加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));

        System.out.println();
        System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

    }
}


结果：
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader

the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@5442a311
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

bootstrapLoader加载以下文件：
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/lib/resources.jar
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/lib/rt.jar
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/lib/jsse.jar
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/lib/jce.jar
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/lib/charsets.jar
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/lib/jfr.jar
file:/F:/javaPrograms/jdk1.8.0_144/jre/classes
file:/C:/Users/Administrator/.IntelliJIdea2018.2/system/captureAgent/debugger-agent-storage.jar

extClassloader加载以下文件：
F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext

appClassLoader加载以下文件：
F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;F:\javaPrograms\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;C:\Users\Administrator\Desktop\学习\公司\Lark-FileView\server\target\test-classes;C:\Users\Administrator\Desktop\学习\公司\Lark-FileView\server\target\classes;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-freemarker\1.5.8.RELEASE\spring-boot-starter-freemarker-1.5.8.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter\1.5.8.RELEASE\spring-boot-starter-1.5.8.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\boot\spring-boot\1.5.8.RELEASE\spring-boot-1.5.8.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\boot\spring-boot-autoconfigure\1.5.8.RELEASE\spring-boot-autoconfigure-1.5.8.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-logging\1.5.8.RELEASE\spring-boot-starter-logging-1.5.8.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\ch\qos\logback\logback-classic\1.1.11\logback-classic-1.1.11.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\ch\qos\logback\logback-core\1.1.11\logback-core-1.1.11.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\slf4j\jcl-over-slf4j\1.7.25\jcl-over-slf4j-1.7.25.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\slf4j\jul-to-slf4j\1.7.25\jul-to-slf4j-1.7.25.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\slf4j\log4j-over-slf4j\1.7.25\log4j-over-slf4j-1.7.25.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\yaml\snakeyaml\1.17\snakeyaml-1.17.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\freemarker\freemarker\2.3.26-incubating\freemarker-2.3.26-incubating.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\spring-context-support\4.3.12.RELEASE\spring-context-support-4.3.12.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\spring-beans\4.3.12.RELEASE\spring-beans-4.3.12.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\spring-context\4.3.12.RELEASE\spring-context-4.3.12.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-web\1.5.8.RELEASE\spring-boot-starter-web-1.5.8.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\hibernate\hibernate-validator\5.3.5.Final\hibernate-validator-5.3.5.Final.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\javax\validation\validation-api\1.1.0.Final\validation-api-1.1.0.Final.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\jboss\logging\jboss-logging\3.3.1.Final\jboss-logging-3.3.1.Final.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\com\fasterxml\classmate\1.3.4\classmate-1.3.4.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-databind\2.8.10\jackson-databind-2.8.10.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-annotations\2.8.0\jackson-annotations-2.8.0.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\spring-web\4.3.12.RELEASE\spring-web-4.3.12.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\spring-aop\4.3.12.RELEASE\spring-aop-4.3.12.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\spring-webmvc\4.3.12.RELEASE\spring-webmvc-4.3.12.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\spring-expression\4.3.12.RELEASE\spring-expression-4.3.12.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-jetty\1.5.8.RELEASE\spring-boot-starter-jetty-1.5.8.RELEASE.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\eclipse\jetty\jetty-servlets\9.4.7.v20170914\jetty-servlets-9.4.7.v20170914.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\eclipse\jetty\jetty-continuation\9.4.7.v20170914\jetty-continuation-9.4.7.v20170914.jar;F:\javasoft\apache-maven-3.5.4\repository\org\eclipse\jetty\jetty-http\9.4.7.v20170914\je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类加载器初始化过程：

参见类运行加载全过程图可知其中会创建JVM启动器实例sun.misc.Launcher。

在Launcher构造方法内部，其创建了两个类加载器，分别是sun.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)和sun.misc.Launcher.AppClassLoader(应用类加载器)。

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。

双亲委派机制

JVM类加载器是有亲子层级结构的，如下图

这里类加载其实就有一个双亲委派机制，加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再委托上层父加载器加载，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中查找并载入目标类。

比如我们的Demo类，最先会找应用程序类加载器加载，应用程序类加载器会先委托扩展类加载器加载，扩展类加载器再委托引导类加载器，顶层引导类加载器在自己的类加载路径里找了半天没找到Demo类，则向下退回加载Demo类的请求，扩展类加载器收到回复就自己加载，在自己的类加载路径里找了半天也没找到Demo类，又向下退回Demo类的加载请求给应用程序类加载器，应用程序类加载器于是在自己的类加载路径里找Demo类，结果找到了就自己加载了。。

双亲委派机制说简单点就是，先找父亲加载，不行再由儿子自己加载

可以看看AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass方法，该方法的大体逻辑如下：

首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接返回。
如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加载器加载（即调用parent.loadClass(name, false);）.或者是调用bootstrap类加载器来加载。
如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的findClass方法来完成类加载。

为什么要设计双亲委派机制？

沙箱安全机制：自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改
避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次，保证被加载类的唯一性

Tomcat打破双亲委派机制

以Tomcat类加载为例，Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？

我们思考一下：Tomcat是个web容器，那么它要解决什么问题：

1. 一个web容器可能需要部署两个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是独立的，保证相互隔离。

2. 部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则，如果服务器有10个应用程序，那么要有10份相同的类库加载进虚拟机。

3. web容器也有自己依赖的类库，不能与应用程序的类库混淆。基于安全考虑，应该让容器的类库和程序的类库隔离开来。

4. web容器要支持jsp的修改，我们知道，jsp 文件最终也是要编译成class文件才能在虚拟机中运行，但程序运行后修改jsp已经是司空见惯的事情， web容器需要支持 jsp 修改后不用重启。

再看看我们的问题：Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？

答案是不行的。为什么？

第一个问题，如果使用默认的类加载器机制，那么是无法加载两个相同类库的不同版本的，默认的类加器是不管你是什么版本的，只在乎你的全限定类名，并且只有一份。

第二个问题，默认的类加载器是能够实现的，因为他的职责就是保证唯一性。

第三个问题和第一个问题一样。

我们再看第四个问题，我们想我们要怎么实现jsp文件的热加载，jsp 文件其实也就是class文件，那么如果修改了，但类名还是一样，类加载器会直接取方法区中已经存在的，修改后的jsp是不会重新加载的。那么怎么办呢？我们可以直接卸载掉这jsp文件的类加载器，所以你应该想到了，每个jsp文件对应一个唯一的类加载器，当一个jsp文件修改了，就直接卸载这个jsp类加载器。重新创建类加载器，重新加载jsp文件。

tomcat的几个主要类加载器：

commonLoader：Tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问；
catalinaLoader：Tomcat容器私有的类加载器，加载路径中的class对于Webapp不可见；
sharedLoader：各个Webapp共享的类加载器，加载路径中的class对于所有Webapp可见，但是对于Tomcat容器不可见；
WebappClassLoader：各个Webapp私有的类加载器，加载路径中的class只对当前Webapp可见，比如加载war包里相关的类，每个war包应用都有自己的WebappClassLoader，实现相互隔离，比如不同war包应用引入了不同的spring版本，这样实现就能加载各自的spring版本；

CommonClassLoader能加载的类都可以被CatalinaClassLoader和SharedClassLoader使用，从而实现了公有类库的共用，而CatalinaClassLoader和SharedClassLoader自己能加载的类则与对方相互隔离。

WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离。

而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个.Class文件，它出现的目的就是为了被丢弃：当Web容器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的热加载功能。

tomcat 这种类加载机制违背了java 推荐的双亲委派模型了吗？答案是：违背了。

很显然，tomcat 不是这样实现，tomcat 为了实现隔离性，没有遵守这个约定，每个webappClassLoader加载自己的目录下的class文件，不会传递给父类加载器，打破了双亲委派机制。

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