Skip to main content

JVM 类加载器 (ClassLoader)

Java 的类加载机制负责动态地将 class 文件加载到内存中，并加以验证、准备和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型。

类加载器层次 (JDK 9+)​

自 JDK 9 引入模块化系统 (JPMS) 后，类加载器层次结构发生了微调，但双亲委派模型依然存在。

  1. 启动类加载器 (Bootstrap ClassLoader)

    • 职责: 加载核心 Java 模块 (如 java.base, java.logging, java.xml)。
    • 实现: 在 HotSpot中由 C++ 实现。
    • 获取: 无法通过 Java 代码直接获取，String.class.getClassLoader() 返回 null。

  2. 平台类加载器 (Platform ClassLoader) (JDK 9 之前叫 Extension ClassLoader)

    • 职责: 加载扩展的 Java 模块 (如 java.scripting, java.sql)。
    • 变化: JDK 9 废弃了 jre/lib/ext 目录和 java.ext.dirs 机制。现在主要负责加载 JDK 中非核心的模块。
    • 父加载器: Bootstrap ClassLoader。

  3. 系统/应用类加载器 (System/App ClassLoader)

    • 职责: 加载应用程序类路径 (-cp, CLASSPATH) 上的类和模块。
    • 父加载器: Platform ClassLoader。
    • 获取: ClassLoader.getSystemClassLoader()。

核心机制​

双亲委派模型 (Parent Delegation Model)​

  • 工作原理: 当一个类加载器收到加载请求时，优先委派给父加载器去完成。只有父加载器反馈无法加载（找不到类）时，子加载器才尝试自己加载。
  • 目的:
    1. 安全性: 这里的"沙箱"机制防止核心 API 被篡改。例如，用户无法定义一个 java.lang.String 来替换核心库中的版本，因为 Bootstrap ClassLoader 会优先加载核心库中的版本。
    2. 避免重复加载: 保证在 JVM 中同一个类（全限定名）只被加载一次。

破坏双亲委派​

  • 场景: 基础类需要调用用户代码（SPI 场景，如 JDBC 驱动加载）。
  • 手段: 线程上下文类加载器 (Thread Context ClassLoader)。
    • 核心库接口（由 Bootstrap 加载）可以使用 Thread.currentThread().getContextClassLoader()（通常是 AppClassLoader）来加载服务提供商的实现类。

类加载过程​

  1. 加载 (Loading)

    • 通过全类名获取二进制字节流。
    • 将字节流转化为方法区的运行时数据结构。
    • 在堆中生成 java.lang.Class 对象。

  2. 链接 (Linking)

    • 验证 (Verification): 确保字节流符合规范，安全。
    • 准备 (Preparation): 为 static 变量 分配内存并设置零值（如 int=0, ref=null）。
      • 注意: static final 常量在此阶段直接赋值。
    • 解析 (Resolution): 符号引用 -> 直接引用。

  3. 初始化 (Initialization)

    • 执行类构造器 <clinit>() 方法（静态变量赋值 + 静态代码块）。
    • 触发条件: new、访问静态字段/方法、反射、子类初始化、Main 类启动。