【注解和反射】类加载器

继上一篇博客【注解和反射】什么时候类会和不会被初始化？-CSDN博客

六、类加载器

测试：获得类加载器

（1）如何获取Java中的类加载器及其父类加载器

（2）测试当前类是哪个类加载器

（3）获取系统类加载器可以加载的路径

双亲委派机制

自己如果写一个自己的String类，路径是java.lang.String，可以吗？

六、类加载器

类加载器（ClassLoader）是Java运行时环境（JRE）的一部分，它负责在运行时动态地加载Java类到Java虚拟机（JVM）中。类加载器本身也是一个类，其实质是把类文件从硬盘读取到内存中。

类加载器的主要作用包括：

加载类：根据类的全名（包括包名）找到对应的.class文件，并将其加载到JVM中。加载的方式分为隐式加载和显示加载两种。隐式加载指的是程序在使用new等方式创建对象时，会隐式地调用类的加载器把对应的类加载到JVM中。
链接：这个过程包括验证、准备和解析三个步骤。验证是确保被加载的类的正确性和安全性；准备是为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；解析是把类中的符号引用转换为直接引用。
初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值。

此外，Java中有三种主要的类加载器，它们分别是：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这是JVM自带的类加载器，负责加载Java的核心类库，如rt.jar等。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载Java的扩展类库，它的父加载器是Bootstrap。
系统类加载器（System ClassLoader）：也称为应用类加载器（Application ClassLoader），负责加载应用程序classpath目录下的所有类。它的父加载器是Extension ClassLoader。

类加载器采用双亲委派模型进行类的加载，这种模型确保了Java核心API的稳定性和防止了一些安全问题。

测试：获得类加载器

这段Java代码定义了一个名为Test04的公共类，其中包含了main方法作为程序的入口点。

（1）如何获取Java中的类加载器及其父类加载器

该程序主要展示了如何获取并打印Java中的类加载器及其父类加载器。

public class Test04 {
  public static void main(String[] args) {
    ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    System.out.println(systemClassLoader);

    ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
    System.out.println(parent);

    ClassLoader parent1 = parent.getParent();
    System.out.println(parent1);
  }
}

具体来说，代码做了以下几件事情：

通过调用ClassLoader.getSystemClassLoader()方法获取了系统类加载器（System ClassLoader），它通常用于加载应用程序classpath下的类。
打印了系统类加载器的信息。这通常会输出类加载器的类名和一些详细信息，比如类加载器的哈希码等。
调用系统类加载器的getParent()方法获取其父类加载器，即扩展类加载器（Extension ClassLoader）。这个类加载器用于加载Java的扩展类库。
打印了扩展类加载器的信息。
再次调用父类加载器的getParent()方法，理论上应该获取到启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）。但是，启动类加载器在Java中是用C++实现的，因此在Java代码中并不能直接获取到它的实例。因此，这段代码会打印出null。

（2）测试当前类是哪个类加载器

public class Test04 {
  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
    ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    System.out.println(systemClassLoader);

    ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
    System.out.println(parent);

    ClassLoader parent1 = parent.getParent();
    System.out.println(parent1);

    ClassLoader classLoader = Class.forName("com.itheima.sjms.Test04").getClassLoader();
    System.out.println(classLoader);

    ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
    System.out.println(classLoader1);
  }
}

在这段扩展后的Java代码中，除了原有的类加载器层次结构打印之外，还添加了两行用于通过Class.forName()方法获取特定类的类加载器，并打印它们的信息。

使用Class.forName("com.itheima.sjms.Test04").getClassLoader()：获取Test04类的类加载器并打印。
1. 这将返回加载Test04类的类加载器，如果Test04类位于应用程序的classpath下，那么这通常是系统类加载器。
使用Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader()：获取java.lang.Object类的类加载器并打印。
1. 这将返回加载java.lang.Object类的类加载器。由于Object类是Java核心类库的一部分，它通常是由引导类加载器加载的。但是，在这里打印出的结果可能会是null，因为如前所述，引导类加载器在Java中是不可见的，无法直接获取。

（3）获取系统类加载器可以加载的路径

在Java中，System.getProperty("java.class.path") 是用来检索Java类路径（classpath）的系统属性。类路径是JVM和Java工具用来查找用户定义的类和第三方库的一组目录和文件。

public class Test04 {
  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
    ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    System.out.println(systemClassLoader);

    ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
    System.out.println(parent);

    ClassLoader parent1 = parent.getParent();
    System.out.println(parent1);

    ClassLoader classLoader = Class.forName("com.itheima.sjms.Test04").getClassLoader();
    System.out.println(classLoader);

    ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
    System.out.println(classLoader1);

    System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
  }
}

这行代码会打印出当前Java进程的类路径设置。类路径通常包含：

当前目录（.）
JAR文件的路径（以分号;分隔，在Windows系统中；在Unix/Linux系统中使用冒号:分隔）
包含.class文件的目录
以及其他可能包含类或资源的目录和文件

D:\my\else\code-learning\java-study\code\out\production\exercises;
D:\my\else\code-learning\java-study\code\exercises\lib\gson-2.6.2.jar;
D:\my\else\code-learning\java-study\code\tankwar2.zip;
D:\my\else\code-learning\java-study\code\1_bsm-30min.jar;C:\Users\xxx\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter\5.8.1\junit-jupiter-5.8.1.jar;
C:\Users\xxx\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter-api\5.8.1\junit-jupiter-api-5.8.1.jar;
C:\Users\xxx\.m2\repository\org\opentest4j\opentest4j\1.2.0\opentest4j-1.2.0.jar;
C:\Users\xxx\.m2\repository\org\junit\platform\junit-platform-commons\1.8.1\junit-platform-commons-1.8.1.jar;
C:\Users\xxx\.m2\repository\org\apiguardian\apiguardian-api\1.1.2\apiguardian-api-1.1.2.jar;
C:\Users\xxx\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter-params\5.8.1\junit-jupiter-params-5.8.1.jar;
C:\Users\xxx\.m2\repository\org\junit\jupiter\junit-jupiter-engine\5.8.1\junit-jupiter-engine-5.8.1.jar;
C:\Users\xxx\.m2\repository\org\junit\platform\junit-platform-engine\1.8.1\junit-platform-engine-1.8.1.jar

类路径是在启动Java应用程序时通过-cp或-classpath命令行选项设置的，或者由环境变量CLASSPATH指定（尽管环境变量方法不太推荐，因为它可能对系统中的所有Java应用程序产生全局影响）。

类路径对于Java应用程序至关重要，因为JVM需要知道在哪里可以找到所有的类和资源文件，以便能够正确地加载和运行程序。如果类路径设置不正确，JVM可能会抛出ClassNotFoundException或其他相关异常，因为它找不到必要的类文件。

双亲委派机制

双亲委派机制是Java中的一种类加载机制。当一个类加载器收到类加载请求时，它不会自己首先去加载这个类，而是将这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中。只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

这种机制的设计主要是为了确保Java核心API的稳定性和防止代码被一些恶意的代码所篡改。例如，如果没有使用双亲委派模型，而是由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类，并放在程序的ClassPath中，那系统中将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证，应用程序也将会变得一片混乱。

自己如果写一个自己的String类，路径是java.lang.String，可以吗？

在Java中，自己写一个类并将其放在java.lang包下，尤其是命名为String，是不被推荐的，实际上也是不允许的，原因主要有以下几点：

包名保护：java.lang是Java核心API的包名，它是保留给Java平台使用的。试图在自己的代码中使用这个包名可能会导致编译时错误或警告，甚至在某些环境中可能根本无法编译。
类加载器的双亲委派机制：即使你能够编译一个类并将其放入java.lang包，Java的类加载器也不会加载它。
1. 双亲委派机制确保核心类库中的类总是被优先加载，而且是由最顶层的类加载器（即引导类加载器）加载的。自定义的java.lang.String类不会由系统类加载器或引导类加载器加载，因为引导类加载器已经加载了Java平台提供的String类。
安全性：Java的安全模型不允许覆盖或修改核心类库中的类，以防止恶意代码破坏Java运行环境的安全性和稳定性。
二进制兼容性：Java的核心类库是为所有Java程序提供的通用接口，它们的二进制兼容性非常重要。允许自定义这些类可能会引入不一致性，从而破坏不同Java应用程序之间的互操作性。
类和方法的final修饰符：在java.lang包中的很多类和方法都被声明为final，包括String类。final类不能被继承，这意味着你不能创建一个新的String子类，更不用说替换原始的String类了。
已有的String类：Java中已经有了一个功能完善、经过严格测试和优化过的String类。在大多数情况下，你不需要（也不应该）重新实现这个功能。如果你需要不同的字符串处理功能，可以通过扩展现有的类或使用组合来实现，而不是尝试从头开始创建一个新的String类。