JVM 类加载机制与双亲委派模型

本文目录#

• 类加载阶段回顾
• 类加载器体系
• 双亲委派模型
• 破坏与扩展
• 常见问题
• 实战建议
• 参考资料

类加载阶段回顾#

从类的 .class 文件被加载到内存开始，JVM 依次经历 加载（Loading）→ 验证（Verification）→ 准备（Preparation）→ 解析（Resolution）→ 初始化（Initialization） 的五个阶段，必要时还会触发卸载。理解各阶段的触发时机，有助于避免类初始化死循环与 NoClassDefFoundError。

类加载器体系#

• Bootstrap ClassLoader：C++ 实现，加载 JRE lib 目录下的核心类库。
• Extension (Platform) ClassLoader：负责 jre/lib/ext 或 java.ext.dirs 指定路径。
• System (Application) ClassLoader：加载用户类路径 classpath。
• 自定义 ClassLoader：继承 ClassLoader 并重写 findClass，支持从网络、加密文件等源加载。

双亲委派模型#

1. 类加载请求先委派给父加载器；
2. 若父加载器无法完成加载，再由子加载器尝试；
3. 保证核心类的唯一性，避免用户自定义 java.lang.String 等被篡改。

破坏与扩展#

• 破坏场景：JNDI、SPI 服务发现需要加载具体实现，会在 loadClass 中改写委派逻辑；Tomcat 等容器通过上下文 ClassLoader 实现应用隔离。
• 线程上下文类加载器 (TCCL)：允许框架在委派链外加载类，如 JDBC、ServiceLoader。

常见问题#

• ClassNotFoundException vs NoClassDefFoundError：前者在类加载时找不到；后者在链接或初始化阶段失败。
• 类初始化顺序：父类静态代码块 → 子类静态代码块 → 父类实例初始化块/构造器 → 子类实例初始化块/构造器。
• 循环依赖导致的死锁：多个线程同时触发类初始化，需留意静态块中的同步。

实战建议#

• 明确自定义 ClassLoader 的父子关系，避免打破安全边界；
• 使用 URLClassLoader/ClassLoader#defineClass 加载字节码前需先验证来源；
• 多模块系统可借助 OSGi / JPMS 管理类可见性。

参考资料#

• Java Virtual Machine Specification - Class File Loading：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-5.html
• Oracle Java Tutorials - Lesson: The Java ClassLoader：https://docs.oracle.com/javase/tutorial/ext/basics/load.html
• Java Platform Module System 指南：https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/lang/module/package-summary.html

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