Java類加載器面試題

1、Java的類加載器的種類都有哪些？

● 根類加載器(Bootstrap)--C++寫的，看不到源碼；

● 擴展類加載器（Extension）--加載位置：jre\lib\ext中；

● 系統(應用)類加載器(System\App) --加載位置：classpath中；

● 自定義加載器(必須繼承ClassLoader)。

2、類什么時候被初始化？

● 創建類的實例，也就是new一個對象

● 訪問某個類或接口的靜態變量，或者對該靜態變量賦值

● 調用類的靜態方法

● 反射（Class.forName("com.lyj.load")）

● 初始化一個類的子類（會首先初始化子類的父類）

● JVM啟動時標明的啟動類，即文件名和類名相同的那個類只有這6中情況才會導致類的類的初始化。

● 類的初始化步驟：

如果這個類還沒有被加載和鏈接，那先進行加載和鏈接；

假如這個類存在直接父類，并且這個類還沒有被初始化（注意：在一個類加載器中，類只能初始化一次），那就初始化直接的父類（不適用于接口）；

加入類中存在初始化語句（如static變量和static塊），那就依次執行這些初始化語句。

3、Java類加載體系之ClassLoader雙親委托機制

java是一種類型安全的語言，它有四類稱為安全沙箱機制的安全機制來保證語言的安全性，這四類安全沙箱分別是：

1.類加載體系

2.class文件檢驗器

3.內置于Java虛擬機（及語言）的安全特性

4.安全管理器及Java API

● 主要講解類的加載體系：

java程序中的.java文件編譯完會生成.class文件，而.class文件就是通過被稱為類加載器的ClassLoader加載的，而ClassLoder在加載過程中會使用“雙親委派機制”來加載.class文件，圖：

BootStrapClassLoader：啟動類加載器，該ClassLoader是jvm在啟動時創建的，用于加載$JAVA_HOME$/jre/lib下面的類庫（或者通過參數-Xbootclasspath指定）。由于啟動類加載器涉及到虛擬機本地實現細節，開發者無法直接獲取到啟動類加載器的引用，所以不能直接通過引用進行操作。

ExtClassLoader：擴展類加載器，該ClassLoader是在sun.misc.Launcher里作為一個內部類ExtClassLoader定義的(即sun.misc.Launcher$ExtClassLoader)，ExtClassLoader會加載$JAVA_HOME/jre/lib/ext下的類庫(或者通過參數-Djava.ext.dirs指定)。

AppClassLoader：應用程序類加載器，該ClassLoader同樣是在sun.misc.Launcher里作為一個內部類，AppClassLoader定義的（即sun.misc.Launcher$AppClassLoader），AppClassLoader會加載java環境變量CLASSPATH所指定的路徑下的類庫，而CLASSPATH所指定的路徑可以通過System.getProperty("java.class.path")獲取；當然，該變量也可以覆蓋，可以使用參數-cp，例如：java-cp路徑（可以指定要執行的class目錄）。

CustomClassLoader：自定義類加載器，該ClassLoader是指我們自定義的ClassLoader，比如tomcat的StandardClassLoader屬于這一類；當然，大部分情況下使用AppClassLoader就足夠了。

前面談到了ClassLoader的幾類加載器，而ClassLoader使用雙親委派機制來加載class文件的。ClassLoader的雙親委派機制是這樣的（這里先忽略掉自定義類加載器CustomClassLoader）：

1.當AppClassLoader加載一個class時，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把類加載請求委派給父類加載器ExtClassLoader去完成。

2.當ExtClassLoader加載一個class時，它首先也不會自己去嘗試加載這個類，而是把類加載請求委派給BootStrapClassLoader去完成。

3.如果BootStrapClassLoader加載失敗（例如在$JAVA_HOME$/jre/lib里未查找到該class），會使用ExtClassLoader來嘗試加載；

4.若ExtClassLoader也加載失敗，則會使用AppClassLoader來加載，如果AppClassLoader也加載失敗，則會報出異常ClassNotFoundException。

下面貼下ClassLoader的loadClass(String name，boolean resolve)的源碼：

protected synchronized Class<?> loadClass(String name，boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
        // 首先找緩存是否有 class
        Class c=findLoadedClass(name);
        if(c==null){
        //沒有判斷有沒有父類
        try{
        if(parent!=null){
        //有的話，用父類遞歸獲取 class
        c=parent.loadClass(name，false);
	}else{
        //沒有父類。通過這個方法來加載
        c=findBootstrapClassOrNull(name);}
        }catch(ClassNotFoundException e){
        // ClassNotFoundException thrown if class not found
        // from the non-null parent class loader
        }
        if(c==null){
        // 如果還是沒有找到，調用 findClass(name)去找這個類
        c=findClass(name);}
        }
        if(resolve){
        resolveClass(c);}
        return c;
        }

代碼很明朗：

首先找緩存（findLoadedClass），沒有的話就判斷有沒有parent，有的話就用parent來遞歸的loadClass，然而ExtClassLoader并沒有設置parent，則會通過findBootstrapClassOrNull來加載class，而findBootstrapClassOrNull則會通過JNI方法”private native Class findBootstrapClass(String name)”來使用BootStrapClassLoader來加載class。

如果parent未找到class，則會調用findClass來加載class，findClass是一個protected的空方法，可以覆蓋它以便自定義class加載過程。另外，雖然ClassLoader加載類是使用loadClass方法，但是鼓勵用ClassLoader的子類重寫findClass(String)，而不是重寫loadClass，這樣就不會覆蓋了類加載默認的雙親委派機制。

雙親委派托機制為什么安全：

舉個例子，ClassLoader加載的class文件來源很多，比如編譯器編譯生成的class、或者網絡下載的字節碼。而一些來源的class文件是不可靠的，比如我可以自定義一個java.lang.Integer類來覆蓋jdk中默認的Integer類，例如下面這樣：

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

初始化這個Integer的構造器是會退出JVM，破壞應用程序的正常進行，如果使用雙親委派機制的話該Integer類永遠不會被調用，以為委托BootStrapClassLoader加載后會加載JDK中的Integer類而不會加載自定義的這個，可以看下下面這測試個用例：

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

執行時JVM并未在new Integer(1)時退出，說明未使用自定義的Integer，于是就保證了安全性。

4、描述一下 JVM 加載 class?

JVM中類的裝載是由類加載器（ClassLoader）和它的子類來實現的，Java中的類加載器是一個重要的Java運行時系統組件，它負責在運行時查找和裝入類文件中的類。

1.由于Java的跨平臺性，經過編譯的Java源程序并不是一個可執行程序，而是一個或多個類文件。

2.當Java程序需要使用某個類時，JVM會確保這個類已經被加載、連接（驗證、準備和解析）和初始化。類的加載是指把類的.class文件中的數據讀入到內存中，通常是創建一個字節數組讀入.class文件，然后產生與所加載類對應的Class對象。加載完成后，Class對象還不完整，所以此時的類還不可用。

3.當類被加載后就進入連接階段，這一階段包括驗證、準備（為靜態變量分配內存并設置默認的初始值）和解析（將符號引用替換為直接引用）三個步驟。最后JVM對類進行初始化，包括：如果類存在直接的父類并且這個類還沒有被初始化，那么就先初始化父類；如果類中存在初始化語句，就依次執行這些初始化語句。

4.類的加載是由類加載器完成的，類加載器包括：根加載器（BootStrap）、擴展加載器（Extension）、系統加載器（System）和用戶自定義類加載器（java.lang.ClassLoader的子類）。

5.從Java 2（JDK 1.2）開始，類加載過程采取了父親委托機制（PDM）。PDM更好的保證了Java平臺的安全性，在該機制中，JVM自帶的Bootstrap是根加載器，其他的加載器都有且僅有一個父類加載器。類的加載首先請求父類加載器加載，父類加載器無能為力時才由其子類加載器自行加載。JVM不會向Java程序提供對Bootstrap的引用。

● 下面是關于幾個類加載器的說明：

1.Bootstrap：一般用本地代碼實現，負責加載JVM基礎核心類庫（rt.jar）；

2.Extension：從java.ext.dirs系統屬性所指定的目錄中加載類庫，它的父加載器是Bootstrap；

3.System：又叫應用類加載器，其父類是Extension。它是應用最廣泛的類加載器。它從環境變量classpath或者系統屬性java.class.path所指定的目錄中記載類，是用戶自定義加載器的默認父加載器。

5、獲得一個類對象有哪些方式？

● 類型.class，例如：String.class;

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

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