引言

当刚学 c/c++ 程序时，第一次在控制台下运行程序，需要将所有程序文件进行编译、链接，然后再运行。这很容易理解，毕竟我在一段程序中引用了另一个文件中定义的函数，当然要把这些文件连接到一起。但是在运行 java 程序时却不需要这么做了，顶多在运行时加一个 -classpath 参数。这背后的原因就是 jvm 和 java 中的 ClassLoader 机制。

什么是 ClassLoader

当 c/c++ 运行时，是将代码编译成机器码，链接成可运行文件扔给 cpu 运行，但是 java 不是这么做的，它的运行是在 jvm 中的，而关键是 java 并不是把所有要运行的代码打包一起扔给 jvm ，jvm 内部刚开始只加载了你 java XXX 命令中指定的那个初始类 (有 mian 函数的那个类)，在这个类运行过程中需要其他类时，再使用类加载器将需要的类(.class 文件)加载到 jvm 中。到这里便引出了三问题：

• 类是经过哪些过程加载到 jvm 中的 ？
• 什么时候是"需要其他类的时候" ？
• 所谓的"类加载器"具体到代码到底是个啥玩意 ？

类是经过哪些过程加载到 jvm 中的 ？

一 、根据类名在指定的路径下找到对应的 .class 文件
二、 解析 class 文件，在方法区中(不了解方法区可以先看看 jvm 内存模型) 分配空间，并创建 Class 对象：Class 对象就是 Class 类型的对象 (类可以创建对象，而类本身就是一个 Class 类型的对象 ，它是保存着类的 类型信息 的对象。)深入请看https://blog.csdn.net/bingduanlbd/article/details/8424243
三、 对 Class 对象进行一系列初始化操作 (静态变量赋值，执行 static 代码块.....)

(在其他博客和书中会将这个加载过程分为五个步骤，但是要介绍这些步骤即会扯到文件格式验证，引用解析等一堆东西，这篇文章旨在简单介绍，不予赘述。)

什么时候是"需要其他类的时候" ？

一 、 使用 new 关键字实例化对象的时候、读取或设置一个静态字段 ( final 修饰除外），调用一个静态方法时。
二 、 使用反射加载一个类时
三、 加载一个类时它的父类还没有加载
四、 启动时指定的类，就是引言中所说的那种情况

(还有一种是与 java 对动态类型的支持相关的，并不常见，可以参考《深入理解 java 虚拟机》)

所谓的"类加载器"具体到代码到底是个啥玩意 ？

java 已经定义好的类加载器有：启动（Bootstrap）类加载器 ，扩展（Extension）类加载器，系统（App）类加载器 ，安全（Secure）类加载器 ，URL类加载器 它们的继承关系是这样的:

分析 ClassLoader 的源码可以大致了解类加载器的工作原理，这里不贴源码分析了，介绍一下它的主要方法和调用关系，源码可以自己看。

ClassLoader 中与加载类相关的方法:

调用关系:

整个过程的说明 ：
一、先在缓存中找，已经加载过的就不加载了，直接返回 。

二、没有在缓存中找到，调用"父类"的 loadClass() 方法，委托"父类"加载，这就是所谓的双亲委派模型。加引号是因为不是真正的父类，而是在它的一个字段 parent 中保存的父类加载器，在 jvm 创建加载器的对象时指定，与上面继承关系图中表示的不同，委托关系图如下:

三、"父类"加载失败，调用加载器自己定义的 findClass(String name) 函数，比如 ExtClassLoader 的 findClass() 执行的就是去 <JAVA_HOME>/lib/ext 这个路径下查找 class 文件，而 BootstarpClassLoader 则是去 <JAVA_HOME>/lib 下去查找，它们俩个都负责加载一些 java 程序运行需要的基础组件，然后是AppClassLoader，它负责到你的项目路径中加载你写的项目。如果你要自己写一个类加载器，应该继承自 URLClassloader ，然后重写它的 findClass() 方法，如果在构造方法中不指定"父类"加载器，则它的默认"父类"就是 AppClassLoader 。

(在看源码时你可能会发现 ExtClassLoader 甚至连 findClass()这个函数都没有，那是因为它继承自 URLClassLoader， 直接用路径完成父类构造，然后调用父类的 findClass() 就可以了，按上文理解也没有什么问题)

四、找到了 class 文件把字节码读进来，还要用 defineClass() 将字节码转变为真正的 Class 对象，也就是将字节码载入 jvm。

五、对生成的 Class 对象进行最后的链接操作，链接类或接口包括验证和准备类或接口、它的直接父类、它的直接父接口、它的元素类型（如果是一个数组类型）及其它必要的动作。

双亲委派模型的优点

Java 类随着加载它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。比如，Java 中的 Object 类，它存放在 rt.jar 之中,无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此 Object 在各种类加载环境中都是同一个类。如果不采用双亲委派模型，那么由各个类加载器自己去加载的话，那么系统中会存在多种不同的 Object 类。

线程上下文类加载器(可以用来破坏双亲委派模型)

我刚看到这个东西时是真的懵逼，不知道上文说到的类加载器和它有什么关系，后来看了几篇博文和一些源码，才明白了这个东西就是在 Thread 类中的一个属性，Thread 中有它的 get 和 set 方法 : (说白了它就是在同一线程中可以共享的一个 ClassLoader ，用户可以对它自由设置，默认与父线程相同，没有父线程默认 AppClassLoader)

//这里是 Thread 类的源码
public class Thread implements Runnable {
    //.... 省略
    private ClassLoader contextClassLoader;
    //.... 省略
    public ClassLoader getContextClassLoader() {
          if (contextClassLoader == null)
              return null;
          SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
          if (sm != null) {
                ClassLoader.checkClassLoaderPermission(contextClassLoader,
                                                   Reflection.getCallerClass());
          }
          return contextClassLoader;
    }
    public void setContextClassLoader(ClassLoader cl) {
          SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
          if (sm != null) {
              sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
          }
          contextClassLoader = cl;
    }
}

破坏双亲委派模型

双亲委派模型好是好，但有时候也会成为实现功能过程中的绊脚石，在以前我们使用 jdbc 时，都要加上这么一句话

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver") ;

接下来就解释一下为什么加这句话？为什么后来不需要加它了？如果看明白了相信你肯定对 java 的类加载器有一个基本的掌握了。

为什么加这句话？

当我们使用 jdbc 时，使用的 api 是在 java.sql 这个包下的，这是由 java 语言的设计者写的包，它定义了一套 java 去操作数据库时要使用的 api，但是，不同的厂家开发出了不同的数据库，java 的设计者不可能去全部实现这些 api，所以他只定义接口，具体的实现由数据库厂商完成。

好了，当我们要调用 java.sql 这个包下的函数时，它的部分实现依赖于我们导入的 com.mysql.jdbc.Driver 这个包，而 java.sql 在 java 的核心库中，由 BootstrapClassLoader 进行加载，当 java.sql 中的代码需要加载类时，也会使用 BootstrapClassLoader 去加载 (会直接使用加载自己的加载器)，然而，com.mysql.jdbc.Driver 这个包却不在 BootstrapClassLoader 的加载范围之内，更不能向上委派，造成了无法加载，只能在你的代码前加上一句 Class.forName ，利用应用中的 AppClassLoader 将驱动载入 jvm。

在大部分情况下，都是 "下层" 的的类依赖 "上层" 的类，符合委派模型的加载过程，但是 jdbc 这个例子就是一种特殊情况，在没有线程上下文类加载器之前，就只能使用这种不优雅的方式去写。

为什么后来不需要加它了？

因为有了线程上下文类加载器，只要将 AppClassLoader 设置为线程上下文类加载器 (默认就是)，不管在哪儿都能拿出这个加载器来使用了，加载的代码也变成了这样：

//文件 ServiceLoader.java 此函数在 java.sql.DriverManager 初始化时会被调用
public static <S> ServiceLoader<S> load(Class<S> service) {
        ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        return ServiceLoader.load(service, cl);
 }

再也不需要麻烦用户写 Class.forName 了