最新版JDK15的JVM类加载器详解

1 类加载器

在类加载器家族中存在着类似人类社会的权力等级制度：

1.1 Bootstrap

由C/C 实现，启动类加载器，属最高层，JVM启动时创建，通常由与os相关的本地代码实现，是最根基的类加载器。

JDK8 时

需要注意的是,Bootstrap ClassLoader智慧加载特定名称的类库,比如rt.jar.这意味我们自定义的jar扔到jrelib也不会被加载.

负责将/jre/lib或- Xbootclasspath参数指定的路径中的，且是虚拟机识别的类库加载到内存中(按照名字识别,比如rt.jar，对于不能识别的文件不予装载)，比如：

Object
System
String
Java运行时的rt.jar等jar包
系统属性sun.boot.class.path指定的目录中特定名称的jar包

在JVM启动时，通过Bootstrap ClassLoader加载rt.jar，并初始化sun.misc.Launcher从而创建Extension ClassLoader和Application ClassLoader的实例。查看Bootstrap ClassLoader到底初始化了那些类库:

代码语言：javascript复制

URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
       for (URL urL : urLs) {
           System.out.println(urL.toExternalForm());
       }

JDK9 后

负责加载启动时的基础模块类，比如：

java.base
java.management
java.xml

1.2 Platform ClassLoader

JDK8 时Extension ClassLoader

只有一个实例，由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现：

负责加载libext或java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有类库
加载一些扩展的系统类，比如XML、加密、压缩相关的功能类等

JDK9时替换为平台类加载器

加载一些平台相关的模块，比如java.scripting、java.compiler*、 java.corba*。

那为何 9 时废除替换了呢？

JDK8 的主要加载 jre lib 的ext，扩展 jar 包时使用，这样操作并不推荐，所以废除。而 JDK9 有了模块化，更无需这种扩展加载器。

1.3 Application ClassLoader

只有一个实例,由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。

JDK8 时

负责加载系统环境变量ClassPath或者系统属性java.class.path指定目录下的所有类库。如果应用程序中没有定义自己的加载器，则该加载器也就是默认的类加载器。该加载器可以通过java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader获取。

JDK9 后

应用程序类加载器，用于加载应用级别的模块，比如：

jdk.compiler
jdk.jartool
jdk.jshell

classpath路径中的所有类库

第二、三层类加载器为Java语言实现，用户也可以

1.4 自定义类加载器

用户自定义的加载器，是java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式;只不过自定义类加载器其加载的顺序是在所有系统类加载器的最后。

1.5 Thread Context ClassLoader

每个线程都有一个类加载器(jdk 1.2后引入),称之为Thread Context ClassLoader,如果线程创建时没有设置,则默认从父线程中继承一个,如果在应用全局内都没有设置,则所有Thread Context ClassLoader为Application ClassLoader.可通过Thread.currentThread().setContextClassLoader(ClassLoader)来设置,通过Thread.currentThread().getContextClassLoader()来获取.

线程上下文加载器有什么用?

该类加载器容许父类加载器通过子类加载器加载所需要的类库,也就是打破了我们下文所说的双亲委派模型。这有什么好处呢? 利用线程上下文加载器，我们能够实现所有的代码热替换,热部署,Android中的热更新原理也是借鉴如此。

2 验证类加载器

2.1 查看本地类加载器

在JDK8环境中，执行结果如下

AppClassLoader的Parent为Bootstrap，它是通过C/C 实现的，并不存在于JVM体系内，所以输出为 null。

类加载器的特点

类加载器并不需要等到某个类"首次主动使用”的时候才加载它，JVM规范允许类加载器在预料到某个类将要被使用的时候就预先加载它
Java程序不能直接引用启动类加载器，直接设置classLoader为null，默认就使用启动类加载器
如果在加载的时候.class文件缺失,会在该类首次主动使用时通知LinkageError错误，如果一直没有被使用，就不会报错
如果没有指定父加载器，默认就是启动加载器
每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该加载器及其所有父加载器所加载的类构成。不同的命名空间，可以出现类的全路径名相同的情况
运行时包由同一个类加载器的类构成，决定两个类是否属于同一个运行时包，不仅要看全路径名是否一样，还要看定义类加载器是否相同。只有属于同一个运行时包的类才能实现相互包内可见

低层次的当前类加载器，不能覆盖更高层次类加载器已经加载的类如果低层次的类加载器想加载一个未知类，要非常礼貌地向上逐级询问:“请问，这个类已经加载了吗?” 被询问的高层次类加载器会自问两个问题

我是否已加载过此类
如果没有，是否可以加载此类

只有当所有高层次类加载器在两个问题的答案均为“否”时，才可以让当前类加载器加载这个未知类左侧绿色箭头向上逐级询问是否已加载此类，直至Bootstrap ClassLoader,然后向下逐级尝试是否能够加载此类，如果都加载不了，则通知发起加载请求的当前类加载器，准予加载在右侧的三个小标签里，列举了此层类加载器主要加载的代表性类库，事实上不止于此

通过如下代码可以查看Bootstrap 所有已加载类库

执行结果

Bootstrap加载的路径可以追加，不建议修改或删除原有加载路径在JVM中增加如下启动参数，则能通过Class.forName正常读取到指定类，说明此参数可以增加Bootstrap的类加载路径:

代码语言：javascript复制

-Xbootclasspath/a:/Users/sss/book/ easyCoding/byJdk11/src

如果想在启动时观察加载了哪个jar包中的哪个类，可以增加

代码语言：javascript复制

-XX: TraceClassLoading

此参数在解决类冲突时非常实用，毕竟不同的JVM环境对于加载类的顺序并非是一致的有时想观察特定类的加载上下文，由于加载的类数量众多，调试时很难捕捉到指定类的加载过程，这时可以使用条件断点功能比如，想查看HashMap的加载过程，在loadClass处打个断点，并且在condition框内输入如图

JVM如何确立每个类在JVM的唯一性

类的全限定名和加载这个类的类加载器的ID

在学习了类加载器的实现机制后，知道双亲委派模型并非强制模型，用户可以自定义类加载器，在什么情况下需要自定义类加载器呢?

隔离加载类在某些框架内进行中间件与应用的模块隔离，把类加载到不同的环境比如，阿里内某容器框架通过自定义类加载器确保应用中依赖的jar包不会影响到中间件运行时使用的jar包
修改类加载方式类的加载模型并非强制，除Bootstrap外，其他的加载并非一定要引入，或者根据实际情况在某个时间点进行按需进行动态加载
扩展加载源比如从数据库、网络，甚至是电视机机顶盒进行加载
防止源码泄露 Java代码容易被编译和篡改，可以进行编译加密。那么类加载器也需要自定义，还原加密的字节码。

实现自定义类加载器的步骤

继承ClassLoader
重写findClass()方法
调用defineClass()方法

一个简单的类加载器实现的示例代码如下

由于中间件一般都有自己的依赖jar包，在同一个工程内引用多个框架时，往往被迫进行类的仲裁。按某种规则jar包的版本被统一指定，导致某些类存在包路径、类名相同的情况，就会引起类冲突，导致应用程序出现异常。主流的容器类框架都会自定义类加载器，实现不同中间件之间的类隔离，有效避免了类冲突。

面向对象编程 bootstrap jar jvm java

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