对象的创建及类的加载机制

本篇是最近在学习JVM相关知识时的随笔，虽然我们现在大都通过Spring容器进行对象的实例化，但本身应当了解对象的各类创建方式，以及最基本的Class文件如何通过何种方式加载到内存中生成对应的对象的。

类加载的各种几种方式和区别

1. new
2. clazz.newInstance
3. constructor.newInstance
4. clone
5. 反序列化
6. ClassLoader

总结起来有对象的实例化方式分为：

new关键字进行实例化、反射机制进行实例化、克隆对象实例化、反序列化方式实例化，以及以上几种方式的最基本的类加载器加载对象。

注：clazz.newInstance在JDK1.9之后变为了Deprecated，不推荐使用。
clazz.getDeclearedConstructor().newInstance()，通过构造器类进行实例化。

ClassLoader

我们都知道JAVA程序是运行在JVM中，我们编写的.java文件编译后生成.class文件，而该文件用于描述类的数据结构，以及通过CLASSPATH加载其他相关类的支持。而.class文件加载到JVM内存中这个过程，就是由ClassLoader完成的。

类加载器主要分为两类，一类是JDK默认提供的，一类是用户自定义的。

• JDK1.8以前：

  

• JDK1.8之后：

  

JDK 默认提供三种类加载器：

• Bootstrap ClassLoader 启动类加载器

  每次执行java命令时都会使用该加载器为虚拟机加载核心类。该加载器是由nativecode实现，而不是Java代码，加载类的路径为<JAVA_HOME>/jre/lib。特别的 <JAVA_HOME>/jre/lib/rt.jar中包含了sun.misc.Launcher 类， 而sun.misc.Launcher$ExtClassLoader和sun.misc.Launcher$AppClassLoader都是 sun.misc.Launcher的内部类，所以拓展类加载器和系统类加载器都是由启动类加载器加载的。

• PlatformClassLoader，平台类加载器；（JDK1.8以前为Extension ClassLoader, 拓展类加载器）

  JDK1.8之前：JDK目录下提供的ext目录，可以直接将需要执行的扩展jar包直接放入运行，但并不提倡使用，因为不安全，现在已经废除。用于加载拓展库中的类。拓展库路径为<JAVA_HOME>/jre/lib/ext/。实现类为sun.misc.Launcher$ExtClassLoader

• System ClassLoader 系统类加载器：

  用于加载CLASSPATH中的类。实现类为sun.misc.Launcher$AppClassLoader

用户自定义的类加载器

• Custom ClassLoader, 一般都是java.lang.ClassLoder的子类

  正统的类加载机制是基于双亲委派的，也就是当调用类加载器加载类时，首先将加载任务委派给双亲，若双亲无法加载成功时，自己才进行类加载。

  在实例化一个新的类加载器时，我们可以为其指定一个parent，即双亲，若未显式指定，则System ClassLoader就作为默认双亲。

  具体的说，类加载任务是由ClassLoader的loadClass() 方法来执行的，他会按照以下顺序加载类：

  通过findLoadedClass() 看该类是否已经被加载。该方法为nativecode 实现，若已加载则返回。

  若未加载则委派给双亲，parent.loadClass()，若成功则返回。

  若未成功，则调用 findClass() 方法加载类。java.lang.ClassLoader中该方法只是简单的抛出一个ClassNotFoundException所以，自定义的ClassLoader都需要 Override findClass() 方法。

ClassLoader的API

java.lang.ClassLoader

• ClassLoader 是一个抽象类。
• 待加载的类必须用The Java™Language Specification 定义的全类名，全类名的定义请查阅The Form of a Binary。
• 给定一个全类名，类加载器应该去定位该类所在的位置。通用的策略是将全类名转换为类文件路径，然后通过类文件路径在文件系统中定位。
• 每一个加载到内存的类都由一个Class对象来表示，每一个Class对象都有一个指向加载该类的类加载器的引用。但是数组的Class对象是由Java运行时环境创建的，通过 Class.getClassLoader()方法返回的是数组元素的类加载器，若数组元素是基本类型，则返回null，若类是由Bootstrap ClassLoader加载的话也是返回null。
• ClassLoader默认支持并行加载，但是其子类必须调用ClassLoader.registerAsParallelCapable()来启用并行加载
• 一般来说,JVM从本地文件系统加载类的行为是与平台有关的。
• defineClass() 方法可以将字节流转换成一个Class对象。然后调用Class.newInstance()来创建类的实例

public static void main(String[] args) {
    // Object 类在 <java_home>/jre/lib/rt.jar 中，
    // 由 Bootstrap ClassLoader 加载，由于该类加载器是由 native code 编写
    // 所以输出为 null
    Object[] objects = new Object[5];
    System.out.println();
    System.out.println(objects.getClass().getClassLoader());

    // ZipFileAttributes 类在 <java_home>/jre/lib/ext/zipfs.jar 中，
    // 由 Extension ClassLoader 加载，
    // 输出为  sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4b67cf4d
    ZipFileAttributes[] attributes = new ZipFileAttributes[5];
    System.out.println();
    System.out.println(attributes.getClass().getClassLoader());

    // Main 类是自定义的类，
    // 默认由 System ClassLoader 加载，
    // 输出为 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    Main[] array = new Main[5];
    array[0] = new Main();
    System.out.println();
    System.out.println(array.getClass().getClassLoader());
}

java.security.SecureClassLoader

增加了一层权限验证，因为关注点不在安全，所以暂不讨论。

java.net.URLClassLoader

该类加载器用来加载URL指定的JAR文件或目录中的类和资源，以/结尾的URL认为是目录，否则认为是JAR文件。

// 尝试通过 URLClassLoader 来加载桌面下的 Test 类。
public static void main(String[] args) {
    try {
        URL[] urls = new URL[1];
        URLStreamHandler streamHandler = null;
        File classPath = new File("/home/chen/Desktop/");
        String repository = (new URL("file", null,
                classPath.getCanonicalPath() + File.separator))
                .toString();
        urls[0] = new URL(null, repository, streamHandler);

        ClassLoader loader = new URLClassLoader(urls);

        Class testClass = loader.loadClass("Test");

        // output:  java.net.URLClassLoader@7f31245a
        System.out.println(testClass.getClassLoader());
    } catch (MalformedURLException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

破坏双亲委派机制

可以看出双亲委派机制是一种至下而上的加载方式，那么SPI是如何打破这种关系？

以JDBC加载驱动为例：
在JDBC4.0之后支持SPI方式加载java.sql.Driver的实现类。SPI实现方式为，通过ServiceLoader.load(Driver.class)方法，去各自实现Driver接口的lib的META-INF/services/java.sql.Driver文件里找到实现类的名字，通过Thread.currentThread().getContextClassLoader()类加载器加载实现类并返回实例。

先看下如果不用Thread.currentThread().getContextClassLoader()加载器加载，整个流程会怎么样。

• 从META-INF/services/java.sql.Driver文件得到实现类名字DriverA
• Class.forName(“xx.xx.DriverA”)来加载实现类
• Class.forName()方法默认使用当前类的ClassLoader，JDBC是在DriverManager类里调用Driver的，当前类也就是DriverManager，它的加载器是BootstrapClassLoader。

用BootstrapClassLoader去加载非rt.jar包里的类xx.xx.DriverA，就会找不到。要加载xx.xx.DriverA需要用到AppClassLoader或其他自定义ClassLoader

最终矛盾出现在，要在BootstrapClassLoader加载的类里，调用AppClassLoader去加载实现类。这样就出现了一个问题：如何在父加载器加载的类中，去调用子加载器去加载类？

jdk提供了两种方式，

• Thread.currentThread().getContextClassLoader()
• ClassLoader.getSystemClassLoader()
  一般都指向AppClassLoader，他们能加载classpath中的类

SPI则用Thread.currentThread().getContextClassLoader()来加载实现类，实现在核心包里的基础类调用用户代码

参考资料

• https://github.com/c-rainstorm/blog/blob/master/java
• https://mp.weixin.qq.com/s/HIiy7Q5UoPySFn3ge8Y-Ow
• https://docs.oracle.com/javase/tutorial/ext/basics/load.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Java_Classloader
• https://www.jianshu.com/p/9cf306550b0a