Java类加载机制 双亲委派机制 八股速记版

JVM类加载机制是Java实现跨平台特性的核心机制之一，整个过程可分为以下五个阶段：

一、类加载流程

1. 加载（Loading）

• 通过全限定名获取二进制字节流
• 将字节流转换为运行时数据结构
• 生成对应的java.lang.Class对象

1. 验证（Verification）

• 文件格式验证（魔数、版本号）
• 元数据验证（语义校验）
• 字节码验证（数据流和控制流分析）
• 符号引用验证（确保解析正确性）

1. 准备（Preparation）

• 为类变量分配内存
• 设置初始零值（int=0，boolean=false等）
• 常量值的直接赋值操作在此阶段完成

1. 解析（Resolution）

• 将常量池中的符号引用替换为直接引用
• 涉及类/接口、字段、方法、方法类型的解析

1. 初始化（Initialization）

• 执行()方法
• 父类初始化优先原则
• 多线程环境下的同步控制

二、双亲委派机制详解

1. 类加载器层级结构
   ├─ 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）
   │ └─ 加载JRE/lib目录核心类库
   ├─ 扩展类加载器（Extension ClassLoader）
   │ └─ 加载JRE/lib/ext目录扩展类
   ├─ 应用程序类加载器（Application ClassLoader）
   │ └─ 加载CLASSPATH指定内容
   └─ 自定义类加载器（开发者实现）
2. 委派流程
   （1）收到类加载请求时先检查是否已加载
   （2）未加载则委托父加载器尝试加载
   （3）递归执行直到到达Bootstrap ClassLoader
   （4）父加载器无法完成时，子加载器才尝试加载
3. 实现源码示例（简化版）：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 1. 检查是否已加载
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                if (parent != null) {
                    // 2. 委派父加载器
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 3. 到达Bootstrap ClassLoader
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {}
            
            if (c == null) {
                // 4. 父加载器无法加载时执行findClass
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

1. 核心优势

• 避免重复加载：保证类在JVM中的唯一性
• 安全防护：防止核心API被篡改（如自定义java.lang.String）
• 层级隔离：不同加载器加载的类形成独立命名空间

1. 突破双亲委派的典型场景

• SPI机制（JDBC驱动加载）
• OSGi模块化热部署
• Web容器多应用隔离（如Tomcat）
• 热代码替换（HotSwap）

三、类加载器关键特性

1. 命名空间：不同类加载器加载的类互相不可见
2. 卸载机制：类加载器实例被回收时才能卸载类
3. 并行加载：支持并发类加载的类加载器（Java 7+）

双亲委派机制通过层级化加载体系，确保了Java核心类库的安全性和系统稳定性，同时通过破坏委派的灵活机制，为复杂场景提供了扩展可能性。理解这一机制对诊断类冲突、版本兼容等问题具有重要意义。