Java类加载器面试题

1、Java的类加载器的种类都有哪些？

● 根类加载器(Bootstrap)--C++写的，看不到源码；

● 扩展类加载器（Extension）--加载位置：jre\lib\ext中；

● 系统(应用)类加载器(System\App) --加载位置：classpath中；

● 自定义加载器(必须继承ClassLoader)。

2、类什么时候被初始化？

● 创建类的实例，也就是new一个对象

● 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

● 调用类的静态方法

● 反射（Class.forName("com.lyj.load")）

● 初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）

● JVM启动时标明的启动类，即文件名和类名相同的那个类只有这6中情况才会导致类的类的初始化。

● 类的初始化步骤：

如果这个类还没有被加载和链接，那先进行加载和链接；

假如这个类存在直接父类，并且这个类还没有被初始化（注意：在一个类加载器中，类只能初始化一次），那就初始化直接的父类（不适用于接口）；

加入类中存在初始化语句（如static变量和static块），那就依次执行这些初始化语句。

3、Java类加载体系之ClassLoader双亲委托机制

java是一种类型安全的语言，它有四类称为安全沙箱机制的安全机制来保证语言的安全性，这四类安全沙箱分别是：

1.类加载体系

2.class文件检验器

3.内置于Java虚拟机（及语言）的安全特性

4.安全管理器及Java API

● 主要讲解类的加载体系：

java程序中的.java文件编译完会生成.class文件，而.class文件就是通过被称为类加载器的ClassLoader加载的，而ClassLoder在加载过程中会使用“双亲委派机制”来加载.class文件，图：

BootStrapClassLoader：启动类加载器，该ClassLoader是jvm在启动时创建的，用于加载$JAVA_HOME$/jre/lib下面的类库（或者通过参数-Xbootclasspath指定）。由于启动类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不能直接通过引用进行操作。

ExtClassLoader：扩展类加载器，该ClassLoader是在sun.misc.Launcher里作为一个内部类ExtClassLoader定义的(即sun.misc.Launcher$ExtClassLoader)，ExtClassLoader会加载$JAVA_HOME/jre/lib/ext下的类库(或者通过参数-Djava.ext.dirs指定)。

AppClassLoader：应用程序类加载器，该ClassLoader同样是在sun.misc.Launcher里作为一个内部类，AppClassLoader定义的（即sun.misc.Launcher$AppClassLoader），AppClassLoader会加载java环境变量CLASSPATH所指定的路径下的类库，而CLASSPATH所指定的路径可以通过System.getProperty("java.class.path")获取；当然，该变量也可以覆盖，可以使用参数-cp，例如：java-cp路径（可以指定要执行的class目录）。

CustomClassLoader：自定义类加载器，该ClassLoader是指我们自定义的ClassLoader，比如tomcat的StandardClassLoader属于这一类；当然，大部分情况下使用AppClassLoader就足够了。

前面谈到了ClassLoader的几类加载器，而ClassLoader使用双亲委派机制来加载class文件的。ClassLoader的双亲委派机制是这样的（这里先忽略掉自定义类加载器CustomClassLoader）：

1.当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器ExtClassLoader去完成。

2.当ExtClassLoader加载一个class时，它首先也不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委派给BootStrapClassLoader去完成。

3.如果BootStrapClassLoader加载失败（例如在$JAVA_HOME$/jre/lib里未查找到该class），会使用ExtClassLoader来尝试加载；

4.若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载，如果AppClassLoader也加载失败，则会报出异常ClassNotFoundException。

下面贴下ClassLoader的loadClass(String name，boolean resolve)的源码：

protected synchronized Class<?> loadClass(String name，boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
        // 首先找缓存是否有 class
        Class c=findLoadedClass(name);
        if(c==null){
        //没有判断有没有父类
        try{
        if(parent!=null){
        //有的话，用父类递归获取 class
        c=parent.loadClass(name，false);
	}else{
        //没有父类。通过这个方法来加载
        c=findBootstrapClassOrNull(name);}
        }catch(ClassNotFoundException e){
        // ClassNotFoundException thrown if class not found
        // from the non-null parent class loader
        }
        if(c==null){
        // 如果还是没有找到，调用 findClass(name)去找这个类
        c=findClass(name);}
        }
        if(resolve){
        resolveClass(c);}
        return c;
        }

代码很明朗：

首先找缓存（findLoadedClass），没有的话就判断有没有parent，有的话就用parent来递归的loadClass，然而ExtClassLoader并没有设置parent，则会通过findBootstrapClassOrNull来加载class，而findBootstrapClassOrNull则会通过JNI方法”private native Class findBootstrapClass(String name)”来使用BootStrapClassLoader来加载class。

如果parent未找到class，则会调用findClass来加载class，findClass是一个protected的空方法，可以覆盖它以便自定义class加载过程。另外，虽然ClassLoader加载类是使用loadClass方法，但是鼓励用ClassLoader的子类重写findClass(String)，而不是重写loadClass，这样就不会覆盖了类加载默认的双亲委派机制。

双亲委派托机制为什么安全：

举个例子，ClassLoader加载的class文件来源很多，比如编译器编译生成的class、或者网络下载的字节码。而一些来源的class文件是不可靠的，比如我可以自定义一个java.lang.Integer类来覆盖jdk中默认的Integer类，例如下面这样：

package java.lang;
public class Integer {
    public Integer(int value) {
        System.exit(0);
    }
}

初始化这个Integer的构造器是会退出JVM，破坏应用程序的正常进行，如果使用双亲委派机制的话该Integer类永远不会被调用，以为委托BootStrapClassLoader加载后会加载JDK中的Integer类而不会加载自定义的这个，可以看下下面这测试个用例：

public static void main(String...args){
        Integer i=new Integer(1);
        System.err.println(i);
}

执行时JVM并未在new Integer(1)时退出，说明未使用自定义的Integer，于是就保证了安全性。

4、描述一下 JVM 加载 class?

JVM中类的装载是由类加载器（ClassLoader）和它的子类来实现的，Java中的类加载器是一个重要的Java运行时系统组件，它负责在运行时查找和装入类文件中的类。

1.由于Java的跨平台性，经过编译的Java源程序并不是一个可执行程序，而是一个或多个类文件。

2.当Java程序需要使用某个类时，JVM会确保这个类已经被加载、连接（验证、准备和解析）和初始化。类的加载是指把类的.class文件中的数据读入到内存中，通常是创建一个字节数组读入.class文件，然后产生与所加载类对应的Class对象。加载完成后，Class对象还不完整，所以此时的类还不可用。

3.当类被加载后就进入连接阶段，这一阶段包括验证、准备（为静态变量分配内存并设置默认的初始值）和解析（将符号引用替换为直接引用）三个步骤。最后JVM对类进行初始化，包括：如果类存在直接的父类并且这个类还没有被初始化，那么就先初始化父类；如果类中存在初始化语句，就依次执行这些初始化语句。

4.类的加载是由类加载器完成的，类加载器包括：根加载器（BootStrap）、扩展加载器（Extension）、系统加载器（System）和用户自定义类加载器（java.lang.ClassLoader的子类）。

5.从Java 2（JDK 1.2）开始，类加载过程采取了父亲委托机制（PDM）。PDM更好的保证了Java平台的安全性，在该机制中，JVM自带的Bootstrap是根加载器，其他的加载器都有且仅有一个父类加载器。类的加载首先请求父类加载器加载，父类加载器无能为力时才由其子类加载器自行加载。JVM不会向Java程序提供对Bootstrap的引用。

● 下面是关于几个类加载器的说明：

1.Bootstrap：一般用本地代码实现，负责加载JVM基础核心类库（rt.jar）；

2.Extension：从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，它的父加载器是Bootstrap；

3.System：又叫应用类加载器，其父类是Extension。它是应用最广泛的类加载器。它从环境变量classpath或者系统属性java.class.path所指定的目录中记载类，是用户自定义加载器的默认父加载器。

5、获得一个类对象有哪些方式？

● 类型.class，例如：String.class;

● 对象.getClass()，例如：”hello”.getClass();

● Class.forName()，例如：Class.forName(“java.lang.String”);