Java面向对象高级【类加载器】

简介: 我们的一个java程序是如何能够被操作系统运行的,大概步骤如下

Java程序是怎样被运行的

      我们的一个java程序是如何能够被操作系统运行的,大概步骤如下:


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编写HelloWorld.java 并保存。

Java编译器 【javac.exe】 将我们的java文件【HelloWorld.java】编译生成 类文件【即HelloWorld.class文件,是一种二进制的字节码文件】并提交给虚拟机【JVM】。

JVM 将编译生成的 HelloWorld.class 文件加载到内存中,并解释执行其中的字节码。解释器【java.exe】将字节码逐行解释成机器码并执行,完成对 HelloWorld.java 程序的运行。

思考:一个java文件从编译到运行的过程中,类加载器在其中发挥了什么作用?


类加载器的作用

        Java类加载器(Java Class Loader)是 Java虚拟机(JVM)的重要组成部分,它负责将Java类加载到JVM中。


加载类文件

       类加载器的主要作用是根据类的全限定名(Fully Qualified Name)从文件系统、网络或其他地方加载对应的类文件,并将其转化为JVM内部的二进制格式。类文件通常是以.class为扩展名的二进制文件,其中包括类的结构信息、方法信息等。


链接类

       类加载器在加载类文件后,会进行链接处理,包括验证、准备和解析三个阶段。验证是指对类文件进行合法性检查,确保它符合JVM规范;准备是指为类中的静态变量分配内存,并设置默认值;解析是指将符号引用转化为直接引用,使得类可以被正确调用。


定位类

       类加载器在加载类文件时,需要从指定的搜索路径中查找对应的类文件。搜索路径包括Bootstrap Classpath、Extension Classpath和Application Classpath等,具体路径由类加载器的类型决定。


类加载器间的委派

       类加载器的另一个重要作用是按照委派机制(Delegation Model)加载类。即当一个类需要被加载时,先由当前类加载器查找该类是否已经被加载。如果没有被加载,则将该任务委派给其父类加载器,直到委派到启动类加载器为止。如果所有父类加载器都无法加载这个类,再由当前类加载器自己尝试加载。


实现类的隔离

       类加载器可以实现类的隔离,不同的类加载器之间加载的类是相互隔离的。这种隔离性可以保证不同的应用程序之间不会相互干扰,同时也可以避免不同版本的类文件之间的冲突。


类加载器的类型

       Java类加载器主要分为三种类型:启动类加载器(Bootstrap Class Loader)、扩展类加载器(Extension Class Loader)和应用程序类加载器(Application Class Loader)。

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启动类加载器(Bootstrap Class Loader)

       也称为引导类加载器,它负责加载JVM自身需要的基础类库,包括核心类库(rt.jar)、扩展类库(ext)和其他一些重要的类库。启动类加载器是JVM内部的一部分,由C++编写,不是Java类,因此无法通过Java代码获取该类加载器。


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rt.jar 是lib目录中最大的jar包,打开后我们会发现,这个包下都是我们常用的Java类库的文件

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扩展类加载器(Extension Class Loader)

       也称为系统类加载器,它负责加载JVM扩展目录(ext)中的jar包。扩展目录是位于JRE目录下的一个目录,用于存放扩展的Java类库,JVM在启动时会自动加载该目录下的jar包。扩展类加载器是Java类,是由Bootstrap Class Loader加载的。


       ext文件夹在 jre/lib/ext/ 目录下,在JDK1.8之前的javafx就是在这个目录下的,javafx在JDK9之后就被单独拎出去了,如果需要写javafx可以复制 JDK1.8/jre/lib/ext/下 jfxrt.jar 这个jar包或者去openjfx官网去下载新版的javafx。


除此之外,ext目录还有很多java很多外部需要jar包,当我们的java代码中用到相关类库的类或方法时,它会随着类加载器被加载到内存当中。

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应用程序类加载器(Application Class Loader)

       也称为用户自定义类加载器,它负责加载应用程序类路径(classpath)下的类库。classpath是指JVM查找类文件的路径,可以由用户自定义,通常包括JVM启动时指定的类路径和一些第三方jar包。应用程序类加载器是Java类,是由扩展类加载器加载的。


       也就是我们自己需要外部引用的jar包,和我们自己项目中写的类

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总结

       总体来说,启动类加载器主要负责加载Java虚拟机自身需要的类库,扩展类加载器负责加载JVM扩展目录中的类库,应用程序类加载器负责加载用户自定义的类库。三种类加载器按照委托机制进行协作,构成了Java类加载器体系的基础。


双亲委派机制

       双亲委派机制是 Java 类加载器的一种机制,它规定了类的加载顺序。当一个类加载器需要加载一个类时,它首先会将该任务委托给它的父类加载器,如果父类加载器还有父类加载器,则会一直向上委托,直到最终委托给启动类加载器为止。只有当父类加载器无法加载该类时,子类加载器才会尝试加载该类。

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举个栗子

       我们知道,在java核心类库(rt.jar包内部)中有我们常用的一个类String【java.lang.String】,如果我们尝试自己创建一个包 java.lang 并且写一个String 类会发生什么呢?


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原因:由于我们自己写一个 java.lang.String 类,并尝试使用自定义的类加载器加载该类,但双亲委派机制会首先查找父类加载器能否加载该类,如果父类加载器能够加载,则不会使用自定义的类加载器加载该类。


       所以,强烈不建议覆盖 Java 核心类库中的任何类,因为这可能会导致系统不稳定,甚至无法正常运行。


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