LoadClass詳解

一、LoadClass的概念

LoadClass是Java中的一個類加載器，它的主要功能是將二進制位元組流加載到JVM中，並將其轉換成Java類對象。它具有以下特點：

1. 面向對象：LoadClass是一個Java對象，它擁有類對象實例化所需的所有信息。

2. 分層次性質：LoadClass採用了分層次的架構模式，其頂層3個classloader分別為引導類(classpath路徑下的jre/lib文件夾下面的jar包)，擴展類（classpath路徑下的jre/extend/lib文件夾下面的jar包）以及系統類(classpath路徑下設置的自己的class路徑)，對於一個class，先從引導類加載器(classpath路徑下的jre/lib文件夾下面的jar包)查找，如果找不到，在到擴展類加載器(classpath路徑下的jre/extend/lib文件夾下面的jar包)查找，如果還找不到則到系統類加載器(classpath路徑下設置的自己的class路徑)查找。

3. 雙親委派機制：LoadClass在加載類的時候，會按照雙親委派模型的方式，將加載請求傳遞到其父級classloader中查找。如果父級classloader能夠找到該類，並且類的權限驗證通過，則直接返回該類的Class對象。否則，依次向上委派直到JVM的頂層classloader，如果還是沒找到，則使用自己的findClass方法查找並返回Class對象。這種機制可以保證應用程序的安全性，避免類的重複加載。

二、LoadClass的使用

LoadClass的主要作用是在運行時加載指定的類，並返回該類的Class對象。它的使用方法如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        ClassLoader c = Test.class.getClassLoader();
        Class clazz = c.loadClass("com.example.demo.ClassName");
        System.out.println(clazz.getName());
    }
}

在以上代碼中，我們通過類的getClasLoader()方法獲取了Test類的類加載器，然後調用其loadClass()方法加載指定的類，最後通過Class對象獲取到該類的名稱。需要注意的是，這裡的參數是類的全路徑名。

三、LoadClass的繼承關係

LoadClass的繼承關係比較複雜，如下圖所示：

其中，ClassLoader類是所有Java類加載器的父類，定義了加載類的基本方法，最基礎的loadClass()方法在其中定義。

BootstrapClassLoader是Java虛擬機的啟動類加載器，它主要從jre目錄下的lib/rt.jar文件中加載核心類（如java、javax等）。由於它是使用C++編寫的，因此無法在Java代碼中顯示引用。

ExtensionClassLoader是Java虛擬機的擴展類加載器，它從jre目錄下的lib/ext文件夾中加載擴展類。也可以通過-Djava.ext.dirs指定其他目錄。

SystemClassLoader是Java虛擬機的系統類加載器，它從CLASSPATH中指定的路徑中加載用戶類，也可以指定通過-Djava.class.path指定路徑。

自定義加載器包括AppClassLoader、PluginClassLoader等，使用時需要自己編寫相應的代碼，並繼承ClassLoader類。

四、LoadClass的常見問題

1. 類加載器的雙親委派機制存在某些隱患，可能導致某些類加載失敗。

2. 類加載器的繼承關係過於複雜，且在Java 9之前存在一定的限制（JDK 9時引入了模塊化系統，對類加載器進行重構）。

3. 對於一些特殊的類加載器，如OSGI BundleClassLoader，其獲取到的ClassLoader對象並不是系統的ClassLoader，該Loader無法訪問到系統的ClassLoader。

4. 在類加載的委派機制中，若父ClassLoader為空，則由BootstrapClassLoader加載，雖然這樣不會影響程序運行，但擴展性相對較差。

以上問題，在具體使用時需要考慮清晰。

五、LoadClass的優化

由於LoadClass在類加載時需要查找和驗證類，因此其性能較慢。常見的優化方式包括類的預加載和JIT編譯。

1. 類的預加載：在應用程序啟動時，將常用的類提前加載到內存中，避免了在程序運行過程中去查找類。這樣每次在運行時加載，就會比較快了。

2. JIT編譯：JIT即「Just-In-Time」編譯器，它會將熱點代碼編譯成本地代碼，提高了程序的執行速度。我們可以通過添加JIT編譯命令來進行優化。

java -XX:+PrintCompilation -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintInlining -XX:MaxInlineSize=3 Main

以上是在運行Java程序時，添加JIT編譯命令的示例，其中-XX:+PrintCompilation表示打印程序中被JIT編譯的方法，-XX:MaxInlineSize指定方法內聯的最大尺寸。

六、小結

LoadClass是Java中的一個類加載器，其主要功能是將二進制位元組流加載到JVM中，並將其轉換成Java類對象。它具有面向對象、分層次和雙親委派的特性。其使用方法是調用ClassLoader的loadClass()方法加載指定的類，並返回該類的Class對象。在繼承關係上，LoadClass的父類是ClassLoader，其子類包括BootstrapClassLoader、ExtensionClassLoader和SystemClassLoader等。由於LoadClass在類加載時需要查找和驗證類，因此可以通過類的預加載和JIT編譯進行優化。