JDK源码JVM1 JVM类加载机制与双亲委派机制

当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时，首先需要通过类加载器把主类加载到 JVM。

通过Java命令执行代码的大体流程如下:

由上图可以看出，首先是由第一部分，在windos系统下，通过jvm.dll创建java虚拟机，并且创建一个引导类加载器（Bootstrap ClassLoad启动类加载器）

其中最重要的就是Java做执行的就是loadClass的类加载过程：
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（int a=10; 默认值为0）
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)。
符号引用：可以理解为就是我们写的代码，就是符号
直接引用：可以理解为通过jvm加载将我们的代码通过类加载，在jvm里面生成一定的地址可以代表符号
对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

类加载器和双亲委派机制

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
看一个类加载器示例:


/**
 * @Author 拾光!
 * @Date 2021年02月23日 10:06:00
 * @Description 类加载器
 */
public class TestJDKClassLoade {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("boot:" + System.getProperty("sun.boot.class.path"));
        System.out.println("ext:" + System.getProperty("java.ext.dirs"));
        System.out.println("app:" + System.getProperty("java.class.path"));
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());
        System.out.println(TestJDKClassLoade.class.getClassLoader().getClass().getName());
        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"));
    }
}




boot:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/classes
ext:/Users/lai/Library/Java/Extensions:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext:/Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions:/System/Library/Java/Extensions:/usr/lib/java
app:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/deploy.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/cldrdata.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/dnsns.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jaccess.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jfxrt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/localedata.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/nashorn.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunec.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/zipfs.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/javaws.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfxswt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/management-agent.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/plugin.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/lib/ant-javafx.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/lib/dt.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/lib/javafx-mx.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/lib/jconsole.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/lib/packager.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/lib/sa-jdi.jar:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_271.jdk/Contents/Home/lib/tools.jar:/Users/lai/Desktop/code/tuling/out/production/tuling:/Applications/IntelliJ IDEA 2.app/Contents/lib/idea_rt.jar
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b28cdfa
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

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。 sun.misc.Launcher初始化使用了单例模式设计，保证一个JVM虚拟机内只有一个 sun.misc.Launcher实例。
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。

public Launcher() {
        Launcher.ExtClassLoader var1;
        try {
        //构造扩展类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为null
            var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException var10) {
            throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
        }

        try {
         //构造应用类加载器，在构造的过程中将其父加载器设置为ExtClassLoader，
		//Launcher的loader属性值是AppClassLoader，我们一般都是用这个类加载器来加载我们自 己写的应用程序
            this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
        } catch (IOException var9) {
            throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
        }

        Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
        String var2 = System.getProperty("java.security.manager");
        if (var2 != null) {
            SecurityManager var3 = null;
            if (!"".equals(var2) && !"default".equals(var2)) {
                try {
                    var3 = (SecurityManager)this.loader.loadClass(var2).newInstance();
                } catch (IllegalAccessException var5) {
                } catch (InstantiationException var6) {
                } catch (ClassNotFoundException var7) {
                } catch (ClassCastException var8) {
                }
            } else {
                var3 = new SecurityManager();
            }

            if (var3 == null) {
                throw new InternalError("Could not create SecurityManager: " + var2);
            }

            System.setSecurityManager(var3);
        }

    }

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Math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Math类，则向下退回加载Math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Math类，又向下退回Math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Math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。

我们来看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。**

//ClassLoader的loadClass方法，里面实现了双亲委派机制
 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            // 检查当前类加载器是否已经加载了该类，如果已经加载了直接返回
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            //如果没有加载
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {//如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
                        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();
                    //都会调用URLClassLoader的findClass方法在加载器的类路径里查找并加载该类
                    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) {//不会执行
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

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
看一个类加载示例:

报错的原因就是双亲委托机制的沙箱安全机制，自己写的String，在类加载的时候会由引导类加载器加载，而引导类加载器加载的String是没有main方法的，所以报错。防止核心API库被随意篡改