java基础类加载机制

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Java 类加载机制是 Java 运行时的核心组成部分，负责在程序运行过程中动态加载和连接类文件，并将其转换为可执行代码。理解类加载机制，能更容易理解你一行行敲下的Java代码是如何在JVM虚拟机上运行起来。并且理解类加载机制之后，我们也能掌握如何自定义类加载器，如何做热更新等。

// 准备好了吗，要开始咯！（下图需要离远点看）
java

一、JVM如何启动

JVM启动

启动过程如下：

配置JVM装载环境
- 查找JVM.dll文件
- 装载JVM.dll文件
解析虚拟机参数
- 参数解析
- 参数验证
设置线程栈大小
执行main方法（jdk源码中java.c的JavaMain方法）
- 创建JVM实例
- 加载主类class（调用jvm的java层代码的loadClass）
- 查找main方法
- 执行main方法

二、类加载器

引导类加载器（Bootstrap ClassLoader）

引导类加载器主要负责加载最最核心的java类型。这些类库位于jre目录的lib目录下. 比如:rt.jar, charset.jar等,

扩展类加载器(Ext ClassLoader)

扩展类加载器主要是用来加载扩展的jar包。加载jar的目录位于jre目录的lib/ext扩展目录中的jar包

应用程序类加载器(App ClassLoader)

主要是用来加载用户自己写的类的。负责加载classPath路径下的类包

自定义类加载器

负责加载用户自定义路径下的类包

三、类加载过程

类加载过程

加载（Loading）：把class文件加载到内存
链接（Linking）
1. 验证（Verification）：校验文件是否符合class规范
2. 准备（Preparation）：静态变量赋默认值
3. 解析（Resolution）：把类型方法属性等解析为直接引用
初始化（Initializing）：静态变量赋初始值，调用静态代码块
使用
卸载

类加载机制：

全盘委托机制：当ClassLoader加载类时，除非显示指定另一个ClassLoader，否则该类的引用和依赖也由这个ClassLoader载入
双亲委派机制：ClassLoader在加载类时，会首先让父类去加载，只有当父类无法加载的时候，才会由子类来加载

四、双亲委派原则

双亲委派

五、类加载应用：热更新

1. ClassLoader热更新

自定义ClassLoader的子类（打破双亲委派原则），使用ClassLoader的defineClass即可加载新的byte数组覆盖原有的字节码

自定义ClassLoader
读取要热更的class文件并转换成byte数组
重写findClass方法并调用ClassLoader的defineClass

2. Instrument热更新

Java Instrumentation 是 JDK5 之后提供接口。使用这组接口，我们可以获取到正在运行 JVM 相关信息，使用这些信息我们构建相关监控程序检测 JVM。另外，最重要我们可以替换和修改类的，这样就实现了热更新。

Instrumentation提供premain和agentmain两种方式

1. premain方式

这种方式需要在虚拟机参数指定 Instrumentation 程序。使用方式如下:

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并且在执行java的main方法之前，会先执行在mainfest中指定的premainClass中的类里的premain方法（需要提前定一个用于热更新的类，并加上premain方法）。之后就可以通过Instrumentation接口调用其中的redefineClasses方法来热更新类了

应用示例-热更新实现：

新建reload工程，定义热更新工具类ClassReloadUtils，并添加premain方法，缓存JVM层传进来的Instrumentation接口的实例

reload的pom文件添加Premain-Class标签指定premain方法所在的类，并指定Can-Redefine-Classes为true

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用ClassLoader加载热更类，并把要热更的class文件读到byte数组，创建ClassDefinition类

使用启动时缓存的Instrumentation接口调用redefineClasses，并传入要热更的ClassDefinition类，完成热更

2. agentmain方式

不同于premain方式，agentmain允许在JVM启动之后进行代理，它的实现方式和premain类似，先定义一个用于热更新的类，并添加agentmain方法。接着读取外部传入 class 文件，调用，这个方法将会使用新 class 替换当前正在运行的 class，这样我们就完成了类的修改。

步骤如下：

创建热更代理工程，定义热更工具类AgentMain
类似premain方式，pom文件中添加指定工具类已经定义为可重定义class为true

在热更工具类AgentMain实现agentmain方法，在其中调用Instrumentation.redefineClasses完成热更逻辑

通过JVM的attach动态添加agent

其中的Attach原理：Attach API 位于 tools.jar 包，可以用来连接目标 JVM。Attach API 非常简单，内部只有两个主要的类，与。

代表一个 JVM 实例，使用它提供方法，我们就可以连接上目标 JVM。

则是一个描述虚拟机的容器类，通过该实例我们可以获取到 JVM PID(进程 ID),该实例主要通过方法获取。

java

3. 热更新的局限性

premain和agentmain均在类文件加载后，因此不能重新定义一个不存在类
热更的类和旧的类继承的父类必须相同
热更的类和旧的类继承的接口必须相同
热更的类和旧的类的访问修饰符，字段必须相同
热更的类和旧的类新增或删除的方法必须是private java基础类加载机制 static/final修饰
热更的类可以修改方法体

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