JVM（8）之从JDK源码级别剖析JVM类加载机制

一、类加载的运行全过程

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


/**
 * @author maoqichuan
 * @date 2022年06月10日 17:53
 */
public class Math {
    public static final int initData = 666;
    public static User user = new User();
 
    public int compute() { //一个方法对应一块栈帧内存区域 
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = (a + b) * 10;
        return c;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        Math math = new Math();
        math.compute();
    }
}

通过Java命令执行代码的大体流程如下：

其中loadClass的类加载过程有以下几步：

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，在加载阶段会在内存区域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：校验字节码文件的准确性；
准备：给类的静态变量分配内存，并赋予默认值；
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替换为只想数据所在内存区域的指针或句柄(直接引用)，这是所谓的静态链接过程，动态链接是在程序运行过程完成的将符号引用替换为直接引用；
初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块；

1.1加载

在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

通过类的全限定名来获取定义此类的二进制文件流；
将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时结构
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；

《Java虚拟机规范》对这三点的要求并不是特别具体，所以留给虚拟机实现与Java应用的灵活度非常大，例如我们通过一个类的全限定类名来获取定义此类的二进制字节流这条规则，它并没有指明二进制文件流必须得从某个Class文件中获取，确切的说根本没有指明说要从哪里获取，如何获取。这也是日后的JAR、WAR、EAR格式的基础。

1.2验证

验证是连接的第一步，这一个阶段的目的是保证Class文件的字节流中包含的信息符合<JVM虚拟机规范>的全部约束要求，保证这些信息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段大致上会完成下面四个阶段的校验动作：

文件格式验证：这个阶段要验证字节流文件是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。例如：是否以魔数0xCAFEBABE开头，主次版本是否在当前Java虚拟机的接受范围之内等；
元数据验证：这个阶段主要是对字节码描述的信息进行语义分析，以确保其描述信息符合<Java语言规范>的要求，例如：这个类是否有父类，这个类是否继承了不允许继承的类(被final修饰的类)等；
字节码验证：这个阶段验证过程是最复杂的一个过程，主要目的是通过数据流分析和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在第二个阶段对元数据信息中的数据类型校验分析完毕后，这阶段就要对类的方法体进行校验分析，保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机的行为。
符号引用验证：最后一个阶段校验行为发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用的时候，这个转化动作在链接阶段的第三阶段-解析阶段中发生。符号引用验证可以看作是对类自身以外的各类信息进行匹配校验，通俗来说就是，该类是否缺少或被禁止访问它依赖的某些类、方法、字段等资源。

1.3解析

解析阶段是将Java虚拟机将常量池内的符号引用替换直接引用的过程。

符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能够无歧义地定位到目标即可。
直接引用：直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能简介定位到目标的句柄。

1.4初始化

类的初始化是类加载过程中的最后一个步骤，之前介绍的几个类加载的动作里，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器的方式局部参与外，其余的动作都完全由Java虚拟机来主导控制。直到初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程序。

在准备阶段。变量已经进行过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段则会根据程序员通过程序编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。可以简单的来说，初始化阶段就是执行类构造器<clinit>方法的过程。需要注意的是<clinit>()方法并不是程序员在应用程序中直接编写的方法，它是Java编译器自动生成的。下面是<clinit>的介绍：

它是由编译器自动收集类中的所有类变量赋值动作和静态语句块(static{})中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是有语句在源文件中出现的顺序来决定的。
它与类的构造函数不同，它不需要显示地调用父类构造器，Java虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行前，父类的<clinit>()已经执行完毕。
由于父类<clinit>()方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先与子类的变量赋值操作。
<clinit>()方法对于类或接口来说并不是必需的，如果一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法；
接口中不能使用静态语句块，但任然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成<clinit>()方法。但接口与类不用的是，执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法，因为只有父接口定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。

二、类加载器与双亲委派机制

上面的类加载过程主要是通过类加载器来实现的，Java里有如下几种类加载器：

BootstrapClassLoader：根类加载器：它负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class。
ExtClassLoader：展类加载器：它负责加载JRE的扩展目录，lib/ext或者由java.ext.dirs系统属性指定的目录中的JAR包的类；
AppClassLoader：应用类加载器：它负责在JVM启动时加载来自Java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性，或者CLASSPATH环境变量所指定的JAR包和类路径。
自定义类加载器：负责加载用户自定义路径下的类包；

3个类加载器之间的关系：AppClassLoader的父加载器是ExtClassLoader;，ExtClassLoader的父加载器是BootstrapClassLoader。需要注意的是这里说的父加载器并不是说他们之前存在继承关系，而是在类加载器中有一个parent属性。然后我们自定义的类加载默认的parent属性都是AppClassLoader，一会会在源码里面进行解析。

下面先看一个类加载器的案例：

看一个类加载器的案例：


public class TestJDKClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader());
        System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());
 
        System.out.println();
 
        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("appClassLoader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

运行结果：


"C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\bin\java.exe" "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2021.3.3\lib\idea_rt.jar=63197:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2021.3.3\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\access-bridge-32.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\rt.jar;C:\maoqichuan\codecode\worker-demo\easy-poi\target\classes;C:\maoqichuan\repository\mysql\mysql-connector-java\5.1.44\mysql-connector-java-5.1.44.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\spring\boot\mybatis-spring-boot-starter\2.1.3\mybatis-spring-boot-starter-2.1.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-logging\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-logging-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\ch\qos\logback\logback-classic\1.2.3\logback-classic-1.2.3.jar;C:\maoqichuan\repository\ch\qos\logback\logback-core\1.2.3\logback-core-1.2.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-to-slf4j\2.13.3\log4j-to-slf4j-2.13.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-api\2.13.3\log4j-api-2.13.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\slf4j\jul-to-slf4j\1.7.30\jul-to-slf4j-1.7.30.jar;C:\maoqichuan\repository\jakarta\annotation\jakarta.annotation-api\1.3.5\jakarta.annotation-api-1.3.5.jar;C:\maoqichuan\repository\org\yaml\snakeyaml\1.26\snakeyaml-1.26.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-jdbc\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-jdbc-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\com\zaxxer\HikariCP\3.4.5\HikariCP-3.4.5.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-jdbc\5.2.9.RELEASE\spring-jdbc-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-tx\5.2.9.RELEASE\spring-tx-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\spring\boot\mybatis-spring-boot-autoconfigure\2.1.3\mybatis-spring-boot-autoconfigure-2.1.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\mybatis\3.5.5\mybatis-3.5.5.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\mybatis-spring\2.0.5\mybatis-spring-2.0.5.jar;C:\maoqichuan\repository\com\alibaba\druid\1.1.19\druid-1.1.19.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-thymeleaf\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-thymeleaf-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\thymeleaf\thymeleaf-spring5\3.0.11.RELEASE\thymeleaf-spring5-3.0.11.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\thymeleaf\thymeleaf\3.0.11.RELEASE\thymeleaf-3.0.11.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\attoparser\attoparser\2.0.5.RELEASE\attoparser-2.0.5.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\unbescape\unbescape\1.1.6.RELEASE\unbescape-1.1.6.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\thymeleaf\extras\thymeleaf-extras-java8time\3.0.4.RELEASE\thymeleaf-extras-java8time-3.0.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\cn\afterturn\easypoi-base\3.2.0\easypoi-base-3.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\poi\poi\3.15\poi-3.15.jar;C:\maoqichuan\repository\commons-codec\commons-codec\1.14\commons-codec-1.14.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\commons\commons-collections4\4.1\commons-collections4-4.1.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\poi\poi-ooxml\3.15\poi-ooxml-3.15.jar;C:\maoqichuan\repository\com\github\virtuald\curvesapi\1.04\curvesapi-1.04.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\poi\poi-ooxml-schemas\3.15\poi-ooxml-schemas-3.15.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\xmlbeans\xmlbeans\2.6.0\xmlbeans-2.6.0.jar;C:\maoqichuan\repository\com\google\guava\guava\16.0.1\guava-16.0.1.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\commons\commons-lang3\3.10\commons-lang3-3.10.jar;C:\maoqichuan\repository\org\slf4j\slf4j-api\1.7.30\slf4j-api-1.7.30.jar;C:\maoqichuan\repository\javax\validation\validation-api\2.0.1.Final\validation-api-2.0.1.Final.jar;C:\maoqichuan\repository\cn\afterturn\easypoi-web\3.2.0\easypoi-web-3.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-web\5.2.9.RELEASE\spring-web-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-beans\5.2.9.RELEASE\spring-beans-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-webmvc\5.2.9.RELEASE\spring-webmvc-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-aop\5.2.9.RELEASE\spring-aop-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-context\5.2.9.RELEASE\spring-context-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-expression\5.2.9.RELEASE\spring-expression-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-core\5.2.9.RELEASE\spring-core-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-jcl\5.2.9.RELEASE\spring-jcl-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\cn\afterturn\easypoi-annotation\3.2.0\easypoi-annotation-3.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\io\minio\minio\7.0.2\minio-7.0.2.jar;C:\maoqichuan\repository\org\simpleframework\simple-xml\2.7.1\simple-xml-2.7.1.jar;C:\maoqichuan\repository\stax\stax-api\1.0.1\stax-api-1.0.1.jar;C:\maoqichuan\repository\stax\stax\1.2.0\stax-1.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\xpp3\xpp3\1.1.3.3\xpp3-1.1.3.3.jar;C:\maoqichuan\repository\com\squareup\okhttp3\okhttp\3.14.9\okhttp-3.14.9.jar;C:\maoqichuan\repository\com\squareup\okio\okio\1.17.2\okio-1.17.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-annotations\2.11.2\jackson-annotations-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-core\2.11.2\jackson-core-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-databind\2.11.2\jackson-databind-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\github\spotbugs\spotbugs-annotations\4.0.0\spotbugs-annotations-4.0.0.jar;C:\maoqichuan\repository\net\jcip\jcip-annotations\1.0\jcip-annotations-1.0.jar;C:\maoqichuan\repository\com\google\code\findbugs\jsr305\3.0.2\jsr305-3.0.2.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-web\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-web-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-json\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-json-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\datatype\jackson-datatype-jdk8\2.11.2\jackson-datatype-jdk8-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\datatype\jackson-datatype-jsr310\2.11.2\jackson-datatype-jsr310-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\module\jackson-module-parameter-names\2.11.2\jackson-module-parameter-names-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-tomcat\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-tomcat-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\tomcat\embed\tomcat-embed-core\9.0.38\tomcat-embed-core-9.0.38.jar;C:\maoqichuan\repository\org\glassfish\jakarta.el\3.0.3\jakarta.el-3.0.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\tomcat\embed\tomcat-embed-websocket\9.0.38\tomcat-embed-websocket-9.0.38.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-devtools\2.3.4.RELEASE\spring-boot-devtools-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot\2.3.4.RELEASE\spring-boot-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-autoconfigure\2.3.4.RELEASE\spring-boot-autoconfigure-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\projectlombok\lombok\1.18.12\lombok-1.18.12.jar" com.mqc.TestJDKClassLoader
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@141a79c
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
 
the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@141a79c
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@b4aac2
 
bootstrapLoader加载以下文件：
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files%20(x86)/Java/jdk1.8.0_152/jre/classes
 
appClassLoader加载以下文件：
C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\access-bridge-32.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files (x86)\Java\jdk1.8.0_152\jre\lib\rt.jar;C:\maoqichuan\codecode\worker-demo\easy-poi\target\classes;C:\maoqichuan\repository\mysql\mysql-connector-java\5.1.44\mysql-connector-java-5.1.44.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\spring\boot\mybatis-spring-boot-starter\2.1.3\mybatis-spring-boot-starter-2.1.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-logging\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-logging-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\ch\qos\logback\logback-classic\1.2.3\logback-classic-1.2.3.jar;C:\maoqichuan\repository\ch\qos\logback\logback-core\1.2.3\logback-core-1.2.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-to-slf4j\2.13.3\log4j-to-slf4j-2.13.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\logging\log4j\log4j-api\2.13.3\log4j-api-2.13.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\slf4j\jul-to-slf4j\1.7.30\jul-to-slf4j-1.7.30.jar;C:\maoqichuan\repository\jakarta\annotation\jakarta.annotation-api\1.3.5\jakarta.annotation-api-1.3.5.jar;C:\maoqichuan\repository\org\yaml\snakeyaml\1.26\snakeyaml-1.26.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-jdbc\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-jdbc-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\com\zaxxer\HikariCP\3.4.5\HikariCP-3.4.5.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-jdbc\5.2.9.RELEASE\spring-jdbc-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-tx\5.2.9.RELEASE\spring-tx-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\spring\boot\mybatis-spring-boot-autoconfigure\2.1.3\mybatis-spring-boot-autoconfigure-2.1.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\mybatis\3.5.5\mybatis-3.5.5.jar;C:\maoqichuan\repository\org\mybatis\mybatis-spring\2.0.5\mybatis-spring-2.0.5.jar;C:\maoqichuan\repository\com\alibaba\druid\1.1.19\druid-1.1.19.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-thymeleaf\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-thymeleaf-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\thymeleaf\thymeleaf-spring5\3.0.11.RELEASE\thymeleaf-spring5-3.0.11.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\thymeleaf\thymeleaf\3.0.11.RELEASE\thymeleaf-3.0.11.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\attoparser\attoparser\2.0.5.RELEASE\attoparser-2.0.5.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\unbescape\unbescape\1.1.6.RELEASE\unbescape-1.1.6.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\thymeleaf\extras\thymeleaf-extras-java8time\3.0.4.RELEASE\thymeleaf-extras-java8time-3.0.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\cn\afterturn\easypoi-base\3.2.0\easypoi-base-3.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\poi\poi\3.15\poi-3.15.jar;C:\maoqichuan\repository\commons-codec\commons-codec\1.14\commons-codec-1.14.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\commons\commons-collections4\4.1\commons-collections4-4.1.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\poi\poi-ooxml\3.15\poi-ooxml-3.15.jar;C:\maoqichuan\repository\com\github\virtuald\curvesapi\1.04\curvesapi-1.04.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\poi\poi-ooxml-schemas\3.15\poi-ooxml-schemas-3.15.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\xmlbeans\xmlbeans\2.6.0\xmlbeans-2.6.0.jar;C:\maoqichuan\repository\com\google\guava\guava\16.0.1\guava-16.0.1.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\commons\commons-lang3\3.10\commons-lang3-3.10.jar;C:\maoqichuan\repository\org\slf4j\slf4j-api\1.7.30\slf4j-api-1.7.30.jar;C:\maoqichuan\repository\javax\validation\validation-api\2.0.1.Final\validation-api-2.0.1.Final.jar;C:\maoqichuan\repository\cn\afterturn\easypoi-web\3.2.0\easypoi-web-3.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-web\5.2.9.RELEASE\spring-web-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-beans\5.2.9.RELEASE\spring-beans-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-webmvc\5.2.9.RELEASE\spring-webmvc-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-aop\5.2.9.RELEASE\spring-aop-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-context\5.2.9.RELEASE\spring-context-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-expression\5.2.9.RELEASE\spring-expression-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-core\5.2.9.RELEASE\spring-core-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\spring-jcl\5.2.9.RELEASE\spring-jcl-5.2.9.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\cn\afterturn\easypoi-annotation\3.2.0\easypoi-annotation-3.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\io\minio\minio\7.0.2\minio-7.0.2.jar;C:\maoqichuan\repository\org\simpleframework\simple-xml\2.7.1\simple-xml-2.7.1.jar;C:\maoqichuan\repository\stax\stax-api\1.0.1\stax-api-1.0.1.jar;C:\maoqichuan\repository\stax\stax\1.2.0\stax-1.2.0.jar;C:\maoqichuan\repository\xpp3\xpp3\1.1.3.3\xpp3-1.1.3.3.jar;C:\maoqichuan\repository\com\squareup\okhttp3\okhttp\3.14.9\okhttp-3.14.9.jar;C:\maoqichuan\repository\com\squareup\okio\okio\1.17.2\okio-1.17.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-annotations\2.11.2\jackson-annotations-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-core\2.11.2\jackson-core-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\core\jackson-databind\2.11.2\jackson-databind-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\github\spotbugs\spotbugs-annotations\4.0.0\spotbugs-annotations-4.0.0.jar;C:\maoqichuan\repository\net\jcip\jcip-annotations\1.0\jcip-annotations-1.0.jar;C:\maoqichuan\repository\com\google\code\findbugs\jsr305\3.0.2\jsr305-3.0.2.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-web\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-web-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-json\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-json-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\datatype\jackson-datatype-jdk8\2.11.2\jackson-datatype-jdk8-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\datatype\jackson-datatype-jsr310\2.11.2\jackson-datatype-jsr310-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\com\fasterxml\jackson\module\jackson-module-parameter-names\2.11.2\jackson-module-parameter-names-2.11.2.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-tomcat\2.3.4.RELEASE\spring-boot-starter-tomcat-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\tomcat\embed\tomcat-embed-core\9.0.38\tomcat-embed-core-9.0.38.jar;C:\maoqichuan\repository\org\glassfish\jakarta.el\3.0.3\jakarta.el-3.0.3.jar;C:\maoqichuan\repository\org\apache\tomcat\embed\tomcat-embed-websocket\9.0.38\tomcat-embed-websocket-9.0.38.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-devtools\2.3.4.RELEASE\spring-boot-devtools-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot\2.3.4.RELEASE\spring-boot-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\springframework\boot\spring-boot-autoconfigure\2.3.4.RELEASE\spring-boot-autoconfigure-2.3.4.RELEASE.jar;C:\maoqichuan\repository\org\projectlombok\lombok\1.18.12\lombok-1.18.12.jar;C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2021.3.3\lib\idea_rt.jar
 
Process finished with exit code 0

2.1类加载器的初始化过程

参见类运行加载的全过程图可知其中会创建JVM启动器实例sun.misc.Launcher。sun.misc.Launcher初始化使用了单例设计模式，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sum.misc.Launcher.ExtClassLoader(扩展类加载器)和sum.misc.Launcher.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 class Launcher {
 
    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， 13             
           //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);
        }
 
    }
}

2.2Java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。
如果父类加载器及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；


    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
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    // 如果当前加载器父类不为空则委托加载器加载该类
                    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();
                    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) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

2.3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的类不会被加载，这样便可以防止核心API库被随意篡改；
避免类的重复加载：当父类已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次，保证被加载类的唯一性；

2.4自定义类加载器

自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法，一个是loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。


public class MyClassLoaderTest {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;
 
        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }
 
        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
                    + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
        }
 
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                //defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节数组。
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }
 
    }
 
    public static void main(String args[]) throws Exception {
        //初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/test");
        //D盘创建 test/com/tuling/jvm 几级目录，将User类的复制类User1.class丢入该目录
        Class clazz = classLoader.loadClass("com.tuling.jvm.User1");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}
 
运行结果：
=======自己的加载器加载类调用方法=======
com.tuling.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader

2.5打破类加载器

再来一个沙箱安全机制示例，尝试打破双亲委派机制，用自定义类加载器加载我们自己实现的 java.lang.String.class。


public class MyClassLoaderTest {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;
 
        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }
 
        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
                    + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
 
        }
 
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }
 
        /**
         * 重写类加载方法，实现自己的加载逻辑，不委派给双亲加载
         * @param name
         * @param resolve
         * @return
         * @throws ClassNotFoundException
         */
        protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
                throws ClassNotFoundException {
            synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
                // First, check if the class has already been loaded
                Class<?> c = findLoadedClass(name);
 
                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);
 
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
                if (resolve) {
                    resolveClass(c);
                }
                return c;
            }
        }
    }
 
    public static void main(String args[]) throws Exception {
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/test");
        //尝试用自己改写类加载机制去加载自己写的java.lang.String.class
        Class clazz = classLoader.loadClass("java.lang.String");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method= clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}
 
运行结果：
java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang
	at java.lang.ClassLoader.preDefineClass(ClassLoader.java:659)
	at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:758)

2.6Tomcat打破双亲委派机制

以Tomcat类加载为例，Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？

我们思考一下：Tomcat是个web容器，那么它要解决什么问题：

一个web容器可能需要部署两个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是独立的，保证相互隔离。
部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则，如果服务器有10个应用程序，那么要有10份相同的类库加载进虚拟机。
web容器也有自己依赖的类库，不能与应用程序的类库混淆。基于安全考虑，应该让容器的类库和程序的类库隔离开来。
web容器要支持jsp的修改，我们知道，jsp 文件最终也是要编译成class文件才能在虚拟机中运行，但程序运行后修改jsp已经是司空见惯的事情， web容器需要支持 jsp 修改后不用重启。

再看看我们的问题：Tomcat 如果使用默认的双亲委派类加载机制行不行？

第一个问题，如果使用默认的类加载器机制，那么是无法加载两个相同类库的不同版本的，默认的类加器是不管你是什么版本的，只在乎你的全限定类名，并且只有一份。
第二个问题，默认的类加载器是能够实现的，因为他的职责就是保证唯一性。
第三个问题和第一个问题一样。
我们再看第四个问题，我们想我们要怎么实现jsp文件的热加载，jsp 文件其实也就是class文件，那么如果修改了，但类名还是一样，类加载器会直接取方法区中已经存在的，修改后的jsp是不会重新加载的。那么怎么办呢？我们可以直接卸载掉这jsp文件的类加载器，所以你应该想到了，每个jsp文件对应一个唯一的类加载器，当一个jsp文件修改了，就直接卸载这个jsp类加载器。重新创建类加载器，重新加载jsp文件。

Tomcat自定义加载器详解：

tomcat的几个主要类加载器：

commonLoader：Tomcat最基本的类加载器，加载路径中的class可以被Tomcat容器本身以及各个Webapp访问；
catalinaLoader：Tomcat容器私有的类加载器，加载路径中的class对于Webapp不可见；
sharedLoader：各个Webapp共享的类加载器，加载路径中的class对于所有Webapp可见，但是对于Tomcat容器不可见；
WebappClassLoader：各个Webapp私有的类加载器，加载路径中的class只对当前Webapp可见，比如加载war包里相关的类，每个war包应用都有自己的WebappClassLoader，实现相互隔离，比如不同war包应用引入了不同的spring版本，这样实现就能加载各自的spring版本；

从图中的委派关系中可以看出：

CommonClassLoader能加载的类都可以被CatalinaClassLoader和SharedClassLoader使用，从而实现了公有类库的共用，而CatalinaClassLoader和SharedClassLoader自己能加载的类则与对方相互隔离。WebAppClassLoader可以使用SharedClassLoader加载到的类，但各个WebAppClassLoader实例之间相互隔离。

而JasperLoader的加载范围仅仅是这个JSP文件所编译出来的那一个.Class文件，它出现的目的就是为了被丢弃：当Web容器检测到JSP文件被修改时，会替换掉目前的JasperLoader的实例，并通过再建立一个新的Jsp类加载器来实现JSP文件的热加载功能。

tomcat 为了实现隔离性，没有遵守这个约定，每个webappClassLoader加载自己的目录下的class文件，不会传递给父类加载器，打破了双亲委派机制。

补充：Hotspot源码JVM启动执行main方法流程

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原文地址：https://blog.csdn.net/jokeMqc/article/details/125226051