java的类加载机制
一.类加载是什么？
类加载过程即是指JVM虚拟机把.class文件中类信息加载进内存，并进行解析生成对应的class对象的过程。
举个通俗点的例子来说，JVM在执行某段代码时，遇到了class A， 然而此时内存中并没有class A的相关信息，于是JVM就会到相应的class文件中去寻找class A的类信息，并加载进内存中，这就是我们所说的类加载过程。
由此可见，JVM不是一开始就把所有的类都加载进内存中，而是只有第一次遇到某个需要运行的类时才会加载，且只加载一次
二.类加载器
基本上所有的类加载器都是 java.lang.ClassLoader类的一个实例。下面详细介绍这个 Java 类。
java.lang.ClassLoader类介绍
java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义出一个 Java 类，即 java.lang.Class类的一个实例。除此之外，ClassLoader还负责加载 Java 应用所需的资源，如图像文件和配置文件等。
类加载器的树状组织结构
Java 中的类加载器大致可以分成两类：一类是系统提供的，另外一类则是由 Java 应用开发人员编写的。系统提供的类加载器主要有下面三个：
（1）引导类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader。
BootStrapClassLoader
负责jdk_home/jre/lib目录下的核心 api或 -Xbootclasspath选项指定的jar包加载进来。
（2）扩展类加载器（extensions class loader）：它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
ExtClassLoader
负责jdk_home/jre/lib/ext目录下的jar包或 -Djava.ext.dirs指定目录下的jar包加载进来。
（3）系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。
AppClassLoader
负责java -classpath/-Djava.class.path所指的目录下的类与jar包加载进来,System.getClassLoader获取到的就是这个类加载器。
除了系统提供的类加载器以外，开发人员可以通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求。
除了引导类加载器之外，所有的类加载器都有一个父类加载器。getParent()方法可以得到。对于系统提供的类加载器来说，系统类加载器的父类加载器是扩展类加载器，而扩展类加载器的父类加载器是引导类加载器；对于开发人员编写的类加载器来说，其父类加载器是加载此类加载器 Java 类的类加载器。因为类加载器 Java 类如同其它的 Java 类一样，也是要由类加载器来加载的。一般来说，开发人员编写的类加载器的父类加载器是系统类加载器。类加载器通过这种方式组织起来，形成树状结构。树的根节点就是引导类加载器。
三.类加载的过程
从类被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，类的生命周期包括加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）7个阶段。
其中加载（除了自定义加载）+链接的过程是完全由jvm负责的，什么时候要对类进行初始化工作（加载+链接在此之前已经完成了），jvm有严格的规定（四种情况）：
1.遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic这4条字节码指令时，加入类还没进行初始化，则马上对其进行初始化工作。其实就是3种情况：用new实例化一个类时、读取或者设置类的静态字段时（不包括被final修饰的静态字段，因为他们已经被塞进常量池了）、以及执行静态方法的时候。
2.使用java.lang.reflect.*的方法对类进行反射调用的时候，如果类还没有进行过初始化，马上对其进行。
3.初始化一个类的时候，如果他的父亲还没有被初始化，则先去初始化其父亲。
4.当jvm启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含static void main(String[] args)的那个类），则jvm会先去初始化这个类。
以上4种预处理称为对一个类进行主动的引用，其余的其他情况，称为被动引用，都不会触发类的初始化。
类加载的过程主要分为三个部分：
- 加载
- 链接
- 初始化
而链接又可以细分为三个小部分：
- 验证
- 准备
- 解析
加载
在加载阶段，虚拟机主要完成三件事：
1.通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2.将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区域的运行时数据结构。
3.在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区域数据的访问入口。简单来说，加载指的是把class字节码文件从各个来源通过类加载器装载入内存中。
这里有两个重点：
- 字节码来源。一般的加载来源包括从本地路径下编译生成的.class文件，从jar包中的.class文件，从远程网络，以及动态代理实时编译
- 类加载器。一般包括启动类加载器，扩展类加载器，应用类加载器，以及用户的自定义类加载器。
注：为什么会有自定义类加载器？
- 一方面是由于java代码很容易被反编译，如果需要对自己的代码加密的话，可以对编译后的代码进行加密，然后再通过实现自己的自定义类加载器进行解密，最后再加载。
- 另一方面也有可能从非标准的来源加载代码，比如从网络来源，那就需要自己实现一个类加载器，从指定源进行加载。
验证
主要是为了保证加载进来的字节流符合虚拟机规范，不会造成安全错误。
包括对于文件格式的验证，比如常量中是否有不被支持的常量？文件中是否有不规范的或者附加的其他信息？
对于元数据的验证，比如该类是否继承了被final修饰的类？类中的字段，方法是否与父类冲突？是否出现了不合理的重载？
对于字节码的验证，保证程序语义的合理性，比如要保证类型转换的合理性。
对于符号引用的验证，比如校验符号引用中通过全限定名是否能够找到对应的类？校验符号引用中的访问性（private，public等）是否可被当前类访问？
准备
主要是为类变量（注意，不是实例变量）分配内存，并且赋予初值。
特别需要注意，初值，不是代码中具体写的初始化的值，而是Java虚拟机根据不同变量类型的默认初始值。
比如8种基本类型的初值，默认为0；引用类型的初值则为null；常量的初值即为代码中设置的值，final static tmp = 456， 那么该阶段tmp的初值就是456
解析
将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
两个重点：
- 符号引用。即一个字符串，但是这个字符串给出了一些能够唯一性识别一个方法，一个变量，一个类的相关信息。
- 直接引用。可以理解为一个内存地址，或者一个偏移量。比如类方法，类变量的直接引用是指向方法区的指针；而实例方法，实例变量的直接引用则是从实例的头指针开始算起到这个实例变量位置的偏移量
举个例子来说，现在调用方法hello()，这个方法的地址是1234567，那么hello就是符号引用，1234567就是直接引用。
在解析阶段，虚拟机会把所有的类名，方法名，字段名这些符号引用替换为具体的内存地址或偏移量，也就是直接引用。
初始化
这个阶段主要是对类变量初始化，是执行类构造器的过程。
换句话说，只对static修饰的变量或语句进行初始化。
如果初始化一个类的时候，其父类尚未初始化，则优先初始化其父类。
如果同时包含多个静态变量和静态代码块，则按照自上而下的顺序依次执行
。
四.双亲委托模型
类加载器在尝试自己去查找某个类的字节代码并定义它时，会先代理给其父类加载器，由父类加载器先去尝试加载这个类，依次类推。
Java 虚拟机是如何判定两个 Java 类是相同的。Java 虚拟机不仅要看类的全名是否相同，还要看加载此类的类加载器是否一样。只有两者都相同的情况，才认为两个类是相同的。即便是同样的字节代码，被不同的类加载器加载之后所得到的类，也是不同的。比如一个 Java 类 com.example.Sample，编译之后生成了字节代码文件 Sample.class。两个不同的类加载器 ClassLoaderA和 ClassLoaderB分别读取了这个 Sample.class文件，并定义出两个 java.lang.Class类的实例来表示这个类。这两个实例是不相同的。对于 Java 虚拟机来说，它们是不同的类。试图对这两个类的对象进行相互赋值，会抛出运行时异常 ClassCastException。
所以才有双亲委派模型，这样的话，可保证加载的类（特别是Object和String这类基础类）是同一个。
对于一个类加载器实例来说，相同全名的类只加载一次，即 loadClass方法不会被重复调用。
defining loader 和 initiating loader
前面提到过类加载器会首先代理给其它类加载器来尝试加载某个类。这就意味着真正完成类的加载工作的类加载器和启动这个加载过程的类加载器，有可能不是同一个。真正完成类的加载工作是通过调用 defineClass来实现的；而启动类的加载过程是通过调用 loadClass来实现的。前者称为一个类的定义加载器（defining loader），后者称为初始加载器（initiating loader）。在 Java 虚拟机判断两个类是否相同的时候，使用的是类的定义加载器。也就是说，哪个类加载器启动类的加载过程并不重要，重要的是最终定义这个类的加载器。两种类加载器的关联之处在于：一个类的定义加载器是它引用的其它类的初始加载器。如类 com.example.Outer引用了类 com.example.Inner，则由类 com.example.Outer的定义加载器负责启动类 com.example.Inner的加载过程。假设有两个类加载器classloader1和classloader2，classloader1是classloader2的parent classloader（委派的），一个待加载的类A，现在classloader2加载类A，首先委派classloader1去加载类A，结果classloader1加载类A成功了，那这里classloader1就是类A的“the defining loader”即
，classloader2就是类A的the initiating loader即
，因为类加载动作由classloader2发起的。
方法 loadClass()抛出的是 java.lang.ClassNotFoundException异常；方法 defineClass()抛出的是 java.lang.NoClassDefFoundError异常。
类加载器在成功加载某个类之后，会把得到的 java.lang.Class类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候，类加载器会直接使用缓存的类的实例，而不会尝试再次加载。也就是说，对于一个类加载器实例来说，相同全名的类只加载一次，即 loadClass方法不会被重复调用。
1.2.5 Class.forName 加载
Class.forName是一个静态方法，同样可以用来加载类。该方法有两种形式：
Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)和
Class.forName(String className)第一种形式的参数 name表示的是类的全名；initialize表示是否初始化类；loader表示加载时使用的类加载器。
第二种形式则相当于设置了参数 initialize的值为 true，loader的值为当前类的类加载器。Class.forName的一个很常见的用法是在加载数据库驱动的时候。如 Class.forName("org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver").newInstance()用来加载 Apache Derby 数据库的驱动。
