ClassLoader, JavaAgent, Aspectj Weaving一站式扫盲帖
发布时间：2015-09-12 00:00 来源：花钱的年华
最近工作里复习的Class Loader基础知识集锦，写下来希望对别人有帮助，而且不止是为了撂倒面试官。
为了尽量简单明了容易背，有些部分写得比较干。
0. 参考资料：
书：《深入了解Java虚拟机》、《实战Java虚拟机》 规范： Java语言规范 第12章 源码： OpenJDK 7 的Java及C代码( class.c , classloader.c，jvm.cpp)1. Class装载的三个阶段
1.1 载入 (Load)
从Class文件或别的什么地方载入一段二进制流字节流，把它解释成永久代里的运行时数据结构，生成一个Class对象。
1.2 链接 (Resolve)
将之前载入的数据结构里的符号引用表，解析成直接引用。
中间如果遇到引用的类还没被加载，就会触发该类的加载。
可能JDK会很懒惰的在运行某个函数实际使用到该引用时才发生链接，也可能在类加载时就解析全部引用。
1.3 初始化 (Initniazle)
初始化静态变量，并执行静态初始化语句。
2. Class装载的时机
ClassLoader.loadClass() 前文所说的链接时触发的装载 Class.forName() 等java.lang.reflect反射包 new 构造对象 初始化子类时，会同时初始化父类 访问类的静态变量或静态方法（但static final的常量除外，此君在常量池里)本质上，也是很懒惰的按需加载的，由于类装载的Lazy和前面解释引用的Lazy，所以Jar包里有时候有些类用到的了没在Class Path里的其他类，也能人品爆发的照跑不误。
除了1，其他几种方式默认都到达类装载的初始化阶段。
3. ClassLoader.loadClass() 与 Class.forName()
ClassLoader.loadClass(String name, boolean resolve)，其中resolve默认为false，即只执行类装载的第一个阶段。
Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)， 其中initialize默认为true，即执行到类装载的第三个阶段。
4. ClassNotFoundException 和 NoClassDefFoundError
ClassLoader.loadClass() 与 Class.forName() 找不到类定义的二进制流时抛出ClassNotFoundException。
链接阶段解释引用失败，找不到引用的类时抛出NoClassDefFoundError。
5. ClassLoader及双亲委派机制
ClassLoader.loadClass()的标准流程:
findLoadedClass() 查看类是否已加载 如果不存在，则调用parent loader的loadClass() 如果不存在，调用findClass() 在本ClassLoader的ClassPath里加载该类所谓双亲委派机制，就是先从parent loader开始查找，找不到了才用自己的findClass()函数去查找，兼顾了效率：避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次，和安全，避免子类乱加载。
而OSGI或SPI或热替换方案，则需要破坏这个双亲委托，先调用自己的findClass()。
findClass() 是各个ClassLoader各自实现，各显神通的地方，从各种奇葩地方载入Class二进制字节流。
但最后都会调用defineClass()，传入二进制字节流，返回Class对象。留意此处，呆会AspectJ的时候会回到这里。
在JDK6，loadClass()很过分的定义了方法级的synchronized ，在JDK7改成一个以Class Name作Key的 parallelLockMap，增强了并行加载不同Class的能力。
6. System ClassLoader 与 Thread Context Classloader
有时候，看到错误日志说张三不是张三，包名类名一样但instanceof 死活返回 false，唯一原因是它们由两个不同的ClassLoader加载。
默认的Bootstrap(加载jdk的lib目录)，Extension(加载jdk的lib/ext目录)，Application(加载启动时定义的classpath)三层ClassLoader机制不再重复。
平时用ClassLoader.getSystemClassLoader()就可以得到sun.misc.Launcher$ApplicationClassLoader 这个Application ClassLoader。
在类A里加载类B，默认使用加载了类A的Loader。但，也有特殊情况，比如JDBC加载driver时的机制，需要在父 ClassLoader（JDBC属于JDK一部分）里根据配置反射创建jdbc driver的数据实现类，Sun设计了一个特殊方案 －－Thread Context Class Loader。
JAXB(比如要在Jar包里找xsd schema文件的时候)也使用了它，所以用到它们时就要注意Thread Context ClassLoader的设置，可以用代码随时设置current thread的loader，也可以用自定义的ThreadFactory在创建线程时设置，它默认是父线程的loader，如果都没设置就是 System ClassLoader。
7. Java Agent机制与AspectJ的LoadTime Weaving
在JDK5开始，在启动JVM时可增加-javaagent参数，在装载Class时对类进行动态的修改。
AspectJ的Load Time Weaving机制，需要配置 -javaagent: [path to aspectj-weaver.jar] 。
打开aspectj-weaver.jar，可以看到META-INF/MANIFEST里定义了 Premain-Class: org.aspectj.weaver.loadtime.Agent
再打开这个Agent类，简化后的代码大概这个样子：
ClassFileTransformer s_transformer = new ClassPreProcessorAgentAdapter();
public static void premain(String options, Instrumentation instrumentation) {
instrumentation.addTransformer(s_transformer);
}
可见它的主要作用是将自己的类转换器注册到JDK所传入的Instrumentation。
再看ClassFileTransformer的定义：ClassLoader会在前面defineClass()的过程中，在把二进制字节流转换为Class对象之前，先把二进制流和当前ClassLoader传给Transformer，由Transformer加工为另一段二进制字节流返回。
AspectJ就是利用传入的ClassLoader，找出其Class Path里的META-INF/aop.xml，然后根据aop.xml里的配置进行代码植入。
测试显示，加了LoadTime Weaving，类加载的速度明显变慢，如果是100ms就调用超时的服务，需要做类的预加载。
8. Jar包的预加载
比如有个有趣的需求是加载某个Class A所在的Jar里的全部的Class （怎么好像一点都不有趣）
URL jarUrl = ClassA.getProtectionDomain().getCodeSource().getLocation(); JarFile jarfile = new JarFile(jarUrl.getPath()); Enumeration entries = jarfile.entries();
然后遍历JarEntry，过滤出后缀为.class的文件，按类名进行装载就可以了。
9.Class的二进制兼容性
如果Class A 依赖 spring-1.0.jar编译，当spring升级到spring-2.0.jar，Class A不需要修改代码也不需要重新编译，可以直接运行的，spring-2.0.jar就满足二进制兼容性。
在 Java语言规范的第13章 有详细的描述 ，不想直接睡着最好可以找个中文版来看，感谢那些翻译的同学。
虽然规范的这章看着比较长比较吓人，但其实二进制兼容性还是很容易做到的，只要你不做把接口改为抽象类之类奇怪的事情，其他一些看起来很大的改动，比如改throws定义，其实都没有问题。
真的遇到问题，设身处地想想自己是那段Class A的字节码，现在还能不能跑就行。
感谢你看到这里，希望你只在工作里用到这些知识，祝工作愉快。
