Java ClassLoader原理詳細(xì)分析2016
JVM的ClassLoader分三層，分別為Bootstrap ClassLoader，Extension ClassLoader，System ClassLoader，他們不是類繼承的父子關(guān)系，是邏輯上的上下級關(guān)系。那么Java ClassLoader原理分析，希望對大家有所幫助!
一、什么是ClassLoader?
大家都知道，當(dāng)我們寫好一個(gè)Java程序之后，不是管是CS還是BS應(yīng)用，都是由若干個(gè).class文件組織而成的一個(gè)完整的Java應(yīng)用程序，當(dāng)程序在運(yùn)行時(shí)，即會(huì)調(diào)用該程序的一個(gè)入口函數(shù)來調(diào)用系統(tǒng)的相關(guān)功能，而這些功能都被封裝在不同的class文件當(dāng)中，所以經(jīng)常要從這個(gè)class文件中要調(diào)用另外一個(gè)class文件中的方法，如果另外一個(gè)文件不存在的，則會(huì)引發(fā)系統(tǒng)異常。而程序在啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì)一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據(jù)程序的需要，通過Java的類加載機(jī)制(ClassLoader)來動(dòng)態(tài)加載某個(gè)class文件到內(nèi)存當(dāng)中的，從而只有class文件被載入到了內(nèi)存之后，才能被其它c(diǎn)lass所引用。所以ClassLoader就是用來動(dòng)態(tài)加載class文件到內(nèi)存當(dāng)中用的。
二、Java默認(rèn)提供的三個(gè)ClassLoader
BootStrap ClassLoader：稱為啟動(dòng)類加載器，是Java類加載層次中最頂層的類加載器，負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通過如下程序獲得該類加載器從哪些地方加載了相關(guān)的jar或class文件：
URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}
以下內(nèi)容是上述程序從本機(jī)JDK環(huán)境所獲得的結(jié)果：
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/
其實(shí)上述結(jié)果也是通過查找sun.boot.class.path這個(gè)系統(tǒng)屬性所得知的。
System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
打印結(jié)果：C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes
Extension ClassLoader：稱為擴(kuò)展類加載器，負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類庫，默認(rèn)加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
App ClassLoader：稱為系統(tǒng)類加載器，負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序classpath目錄下的所有jar和class文件。
注意： 除了Java默認(rèn)提供的三個(gè)ClassLoader之外，用戶還可以根據(jù)需要定義自已的ClassLoader，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類，也包括Java提供的另外二個(gè)ClassLoader(Extension ClassLoader和App ClassLoader)在內(nèi)，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因?yàn)樗皇且粋�(gè)普通的Java類，底層由C++編寫，已嵌入到了JVM內(nèi)核當(dāng)中，當(dāng)JVM啟動(dòng)后，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動(dòng)，負(fù)責(zé)加載完核心類庫后，并構(gòu)造Extension ClassLoader和App ClassLoader類加載器。
三、ClassLoader加載類的原理
1、原理介紹
ClassLoader使用的是雙親委托模型來搜索類的，每個(gè)ClassLoader實(shí)例都有一個(gè)父類加載器的引用(不是繼承的關(guān)系，是一個(gè)包含的關(guān)系)，虛擬機(jī)內(nèi)置的類加載器(Bootstrap ClassLoader)本身沒有父類加載器，但可以用作其它ClassLoader實(shí)例的的父類加載器。當(dāng)一個(gè)ClassLoader實(shí)例需要加載某個(gè)類時(shí)，它會(huì)試圖親自搜索某個(gè)類之前，先把這個(gè)任務(wù)委托給它的父類加載器，這個(gè)過程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載，如果沒加載到，則把任務(wù)轉(zhuǎn)交給Extension ClassLoader試圖加載，如果也沒加載到，則轉(zhuǎn)交給App ClassLoader 進(jìn)行加載，如果它也沒有加載得到的話，則返回給委托的發(fā)起者，由它到指定的文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)等URL中加載該類。如果它們都沒有加載到這個(gè)類時(shí)，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個(gè)找到的類生成一個(gè)類的定義，并將它加載到內(nèi)存當(dāng)中，最后返回這個(gè)類在內(nèi)存中的Class實(shí)例對象。
2、為什么要使用雙親委托這種模型呢?
因?yàn)檫@樣可以避免重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類的時(shí)候，就沒有必要子ClassLoader再加載一次。考慮到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時(shí)使用自定義的String來動(dòng)態(tài)替代java核心api中定義的類型，這樣會(huì)存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因?yàn)镾tring已經(jīng)在啟動(dòng)時(shí)就被引導(dǎo)類加載器(Bootstrcp ClassLoader)加載，所以用戶自定義的ClassLoader永遠(yuǎn)也無法加載一個(gè)自己寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認(rèn)算法。
3、 但是JVM在搜索類的時(shí)候，又是如何判定兩個(gè)class是相同的呢?
JVM在判定兩個(gè)class是否相同時(shí)，不僅要判斷兩個(gè)類名是否相同，而且要判斷是否由同一個(gè)類加載器實(shí)例加載的。只有兩者同時(shí)滿足的情況下，JVM才認(rèn)為這兩個(gè)class是相同的。就算兩個(gè)class是同一份class字節(jié)碼，如果被兩個(gè)不同的ClassLoader實(shí)例所加載，JVM也會(huì)認(rèn)為它們是兩個(gè)不同class。比如網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)Java類org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之后生成字節(jié)碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個(gè)類加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分別定義出了java.lang.Class實(shí)例來表示這個(gè)類，對于JVM來說，它們是兩個(gè)不同的實(shí)例對象，但它們確實(shí)是同一份字節(jié)碼文件，如果試圖將這個(gè)Class實(shí)例生成具體的對象進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，就會(huì)拋運(yùn)行時(shí)異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個(gè)不同的類型。現(xiàn)在通過實(shí)例來驗(yàn)證上述所描述的是否正確：
1)、在web服務(wù)器上建一個(gè)org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java類
package org.classloader.simple;
public class NetClassLoaderSimple {
private NetClassLoaderSimple instance;
public void setNetClassLoaderSimple(Object obj) {
this.instance = (NetClassLoaderSimple)obj;
}
}
org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類的setNetClassLoaderSimple方法接收一個(gè)Object類型參數(shù)，并將它強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類型。
2)、測試兩個(gè)class是否相同(NetWorkClassLoader.java)
package classloader;
public class NewworkClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
try {
//測試加載網(wǎng)絡(luò)中的class文件
String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";
String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple";
NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
Class clazz1 = ncl1.loadClass(className);
Class clazz2 = ncl2.loadClass(className);
Object obj1 = clazz1.newInstance();
Object obj2 = clazz2.newInstance();
clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
首先獲得網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)class文件的二進(jìn)制名稱，然后通過自定義的類加載器NetworkClassLoader創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址分別加載這份class，并得到這兩個(gè)ClassLoader實(shí)例加載后生成的Class實(shí)例clazz1和clazz2，最后將這兩個(gè)Class實(shí)例分別生成具體的實(shí)例對象obj1和obj2，再通過反射調(diào)用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。
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