Java ClassLoader分析

一.什么是ClassLoader?

  你们都知道，当咱们写好一个Java程序以后，不是管是CS仍是BS应用，都是由若干个.class文件组织而成的一个完整的Java应用程序，当程序在运行时，即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能，而这些功能都被封装在不一样的class文件当中，因此常常要从这个class文件中要调用另一个class文件中的方法，若是另一个文件不存在的，则会引起系统异常。而程序在启动的时候，并不会一次性加载程序所要用的全部class文件，而是根据程序的须要，经过Java的类加载机制（ClassLoader）来动态加载某个class文件到内存当中的，从而只有class文件被载入到了内存以后，才能被其它class所引用。因此ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的.

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二.Java默认提供的三个ClassLoader

• Bootstrap ClassLoader:启动类加载器,是Java类加载层中最高层的类加载器.负责加载JDK中的核心类库.如rt.jar,resource.jar,charset.jar等.在程序中,可使用下面的代码来查看BootStrap ClassLoader加载了哪些类:

URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL url : urls) {
System.out.println(url.getFile());
}

• Extension ClassLoader:扩展类加载器,负责加载Java的扩展类库,默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext下面的jar包

• App ClassLoader:系统类加载器,负责加载应用程序classpath下面全部的jar和class

   注意:除了Java默认提供的三个ClassLoader,用户也能够自定义本身的ClassLoader,须要继承java.lang.ClassLoader,也能够继承Extension ClassLoader和App ClassLoader,可是Bootstrap ClassLoader是不能够的,由于是用C++编写的,已经内嵌到JVM当中.当JVM启动以后,Bootstrap ClassLoader也随着启动,负责加载完核心的类之后,并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader.

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三.ClassLoader加载类的原理

• 原理介绍

   ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的,每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用(不是继承关系,是包含关系),而虚拟机内置的BootStrap ClassLoader是没有父类加载器引用的,可是能够做为其余加载器的父类加载器.

   当一个ClassLoader须要加载某个类的时候,在它亲自搜索这个类以前,会把这个任务委托给它的父类加载器,这个委托是一层一层上传的.首先由最顶层的BootStrap ClassLoader,若是没有加载到,会把任务委托给Extension ClassLoader,若是尚未加载到,会把任务委托给App ClassLoader.若是App ClassLoader也没有加载到这个类,则返回给委托的发起者,由它到指定的文件系统或网络等URI中加载这个类.若是他们都没有加载到这个类,则会抛出ClassNotFoundException.不然则会生成一个类的定义,并加载到内存中,最后返回类在内存中的Class实例对象

• 为何使用双亲委托模型?

  由于这样能够避免类的重复加载,当父类加载器已经加载了该类的时候,就没有必要子类ClassLoader再加载一次.这是因为安全因素,若是不使用这种委托模式,咱们能够随意定义一个String类来替换JDK中的String.由于String已经在启动时就被引导类加载器（Bootstrcp ClassLoader）加载，因此用户自定义的ClassLoader永远也没法加载一个本身写的String，除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法

• JVM在搜索类的时候，又是如何断定两个class是相同的呢?

   JVM在断定两个class是否相同的时候,不只要判断两个类的类名是否相同,还要判断是否为同一个classloader加载的,只有这两个都相同,JVM才断定这两个类是相同的

• ClassLoader的体系架构

• 验证ClassLoader的加载原理:

ClassLoader classloader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader(); //获取当前类的ClassLoader
while (classloader != null) {
System.out.println(classloader);
classloader = classloader.getParent();
}
System.out.println(classloader);

   输出结果:

   第一行结果说明:ClassLoaderTest的类加载器是AppClassLoader

   第二行结果说明:AppClassLoader的类加载器是ExtClassloader,即parent=ExtClassloader

   第三行结果说明:ExtClassLoader的类加器是Bootstrap ClassLoader,由于Bootstrap ClassLoader不是一个普通的Java类,因此ExtClassLoader的parent=null,因此第三行的打印结果为null就是这个缘由

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四.自定义ClassLoader

   由于Java中提供的默认ClassLoader，只加载指定目录下的jar和class，若是咱们想加载其它位置的类或jar时，好比：我要加载网络上的一个class文件，经过动态加载到内存以后，要调用这个类中的方法实现个人业务逻辑。在这样的状况下，默认的ClassLoader就不能知足咱们的需求了，因此须要定义本身的ClassLoader.

• 定义本身的ClassLoader分如下两步:

       继承java.lang.ClassLoader

       重写findClass方法

  由于JDK已经在loadClass方法中帮咱们实现了ClassLoader搜索类的算法，当在loadClass方法中搜索不到类时，loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类，因此咱们只需重写该方法便可。如没有特殊的要求，通常不建议重写loadClass搜索类的算法

   实例:从本地文件中加载class文件

public class LocalFileClassLoader extends ClassLoader {

    private String filepath;

    public LocalFileClassLoader(String filepath) {
        this.filepath = filepath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = findLoadedClass(name);    //判断是否在父类的加载器中加载
        if (clazz == null) {
            byte[] clazzByte = getClassData();
            if (clazzByte == null) {
                throw new ClassNotFoundException();
            }

            clazz = defineClass(name, clazzByte, 0, clazzByte.length);  //将class的字节数组转换为Class对象
        }
        return clazz;
    }

    private byte[] getClassData() {
        FileInputStream fileInputStream             = null;
        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
        try {
            File file               = new File(filepath);
            fileInputStream         = new FileInputStream(file);
            byteArrayOutputStream   = new ByteArrayOutputStream(1024);
            byte[] bytes            = new byte[1024];

            int len;
            while ((len = fileInputStream.read(bytes)) != -1) {
                byteArrayOutputStream.write(bytes, 0, len);
            }
            return byteArrayOutputStream.toByteArray();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            try {
                if (byteArrayOutputStream != null) byteArrayOutputStream.close();
                if (fileInputStream != null) fileInputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

   测试类:

public class ClassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        String filepath = "/Users/xueqi/Development/Logs/String.class";

        LocalFileClassLoader classLoader = new LocalFileClassLoader(filepath);
        String classname = "com.test.String";
        Class clazz = classLoader.findClass(classname);
        System.out.println(clazz);
        System.out.println(clazz.getClassLoader());
    }

}

   输出结果:

class com.test.String LocalFileClassLoader@266474c2