类装入问题解密，第 1 部分: 类装入和调试工具介绍

类装入组件是 Java™ 虚拟机的基础。虽然开发人员一般对类装入的基础有良好的把握，但是当问题发生时，在诊断问题和确定解决方案方面可能还要有一定的困难。在这份由四部分组成的系列中，Lakshmi Shankar 和 Simon Burns 讨论了在 Java 开发中可能碰到的各种类装入问题，解释了它们为什么会发生和如何解决它们。他们提供的见解有助于理解和解决常见的 Java 异常，例如 NoClassDefFoundError 和 ClassNotFoundException，以及更有挑战性的问题，例如类装入器约束违反和死锁。在第 1 部分中，他们具体描述了 Java 类装入的工作方式，讨论了 JVM 中可以帮助诊断类装入问题的工具。

类装入器负责把类装入 Java 虚拟机（JVM）。简单的应用程序可以用 Java 平台内置的类装入工具装入类；更复杂的应用程序则倾向于定义自己定制的类装入器。但是，不论使用哪种类装入器，在类装入过程中都可能发生许多问题。假如想避免这类问题，需要理解类装入的基本机制。当问题发生时，对于可用的诊断特性和调试技术的了解会有助于解决问题。

在这个系列的文章中，我们将深入研究类装入的问题，并用丰富的示例演示它们。这份介绍性的文章的第一节描述类装入的基础；第二节介绍一些 JVM 调试特性。系列中剩下的三篇文章将侧重于解决类装入异常，并演示一些可能会碰到的更复杂的类装入问题。

类装入基础

这一节描述类装入的核心概念，为系列剩下的部分提供知识基础。

类装入器委托

类装入器委托模型 是把装入请求相互传给对方的类装入器图。引导 类装入器是这个图的根。用单一委托父类 创建类装入器，并在以下位置寻找类：

• 缓存（Cache）
• 父类（Parent）
• 自己（Self）

类装入器首先判定要求它装入的类是否与过去装入的类相同。假如相同，就返回上次返回的类（即保存在缓存中的类）。假如不是，就把装入类的机会交给父类。这两步递归地以深度优先的方式重复。假如父类返回 null（或抛出 ClassNotFoundException），那么类装入器会在自己的路径中寻找类的源。

因为父类类装入器总是先得到装入类的机会，所以类装入器装入的类最靠近根。这意味着所有核心引导类都是由引导装入器装入的，这就保证装入了类（例如 java.lang.Object）的正确版本。这也可以让类装入器看到自己或父类或祖先装入的类，但是不能看到子女装入的类。

图 1 显示了三个标准的类装入器：

图 1. 类装入器委托模型

与其他类装入器不同，引导类装入器（也称作基本（primordial） 类装入器）不能由 Java 代码实例化。（通常是因为它是作为 VM 本身的一部分实现的。）这个类装入器可以从启动的类路径装入核心系统类，通常是位于 jre/lib 目录的 JAR 文件。但是不能用 -Xbootclasspath 命令行选项修改这个类路径（稍后介绍）。

扩展（extension） 类装入器（也称作标准扩展 类装入器）是引导类装入器的一个孩子。它的主要职责是从扩展目录装入类，通常位于 jre/lib/ext 目录。这提供了简单地访问新扩展的能力，例如不同的安全扩展，不需要修改用户的类路径即可实现。

系统（system） 类装入器（也称作应用程序 类装入器）负责从 CLASSPATH 环境变量指定的路径装入代码。默认情况下，这个类装入器是用户创建的任何类装入器的父类。这也是 ClassLoader.getSystemClassLoader() 方法返回的类装入器。

类路径选项

表 1 总结了设置三个标准类装入器的类路径的命令行选项：