ClassLoader工做机制

时间 2019-11-08

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1、ClassLoader概念

　　ClassLoader是用来动态的加载class文件到虚拟机中，并转换成java.lang.class类的一个实例，每一个这样的实例用来表示一个java类，咱们能够根据Class的实例获得该类的信息，并经过实例的newInstance()方法建立出该类的一个对象，除此以外，ClassLoader还负责加载Java应用所需的资源，如图像文件和配置文件等。html

　　ClassLoader类是一个抽象类。若是给定类的二进制名称，那么类加载器会试图查找或生成构成类定义的数据。通常策略是将名称转换为某个文件名，而后从文件系统读取该名称的“类文件”。ClassLoader类使用委托模型来搜索类和资源。每一个 ClassLoader实例都有一个相关的父类加载器。须要查找类或资源时，ClassLoader实例会在试图亲自查找类或资源以前，将搜索类或资源的任务委托给其父类加载器。 java

　　注意：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的类加载机制来动态加载某个class文件到内存中。数组

2、JVM平台提供三层classLoader

Bootstrap classLoader：采用native code实现，是JVM的一部分，主要加载JVM自身工做须要的类，如java.lang.*、java.uti.*等；这些类位于$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar。Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader，由于它不是一个普通的Java类，底层由C++编写，已嵌入到了JVM内核当中，当JVM启动后，Bootstrap ClassLoader也随着启动，负责加载完核心类库后，并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器。
ExtClassLoader：扩展的class loader，加载位于$JAVA_HOME/jre/lib/ext目录下的扩展jar。
AppClassLoader:系统class loader，父类是ExtClassLoader，加载$CLASSPATH下的目录和jar；它负责加载应用程序主函数类。

　　其体系结构图以下：服务器

　　若是要实现本身的类加载器，不论是实现抽象列ClassLoader，仍是继承URLClassLoader类，它的父加载器都是AppClassLoader，由于无论调用哪一个父类加载器，建立的对象都必须最终调用getSystemClassLoader()做为父加载器，getSystemClassLoader()方法获取到的正是AppClassLoader。网络

　　注意：Bootstrap classLoader并不属于JVM的等级层次，它不遵照ClassLoader的加载规则，Bootstrap classLoader并无子类。数据结构

3、JVM加载class文件到内存有两种方式

隐式加载：不经过在代码里调用ClassLoader来加载须要的类，而是经过JVM来自动加载须要的类到内存，例如：当类中继承或者引用某个类时，JVM在解析当前这个类不在内存中时，就会自动将这些类加载到内存中。
显示加载：在代码中经过ClassLoader类来加载一个类，例如调用this.getClass.getClassLoader().loadClass()或者Class.forName()。

4、ClassLoader加载类的过程

找到.class文件并把这个文件加载到内存中
字节码验证，Class类数据结构分析，内存分配和符号表的连接
类中静态属性和初始化赋值以及静态代码块的执行

5、自定义类加载器

　　一、为什么要自定义类加载器？

　　JVM提供的类加载器，只能加载指定目录的jar和class，若是咱们想加载其余位置的类或jar时，例如加载网络上的一个class文件，默认的ClassLoader就不能知足咱们的需求了，因此须要定义本身的类加载器。函数

　　二、如何实现自定义的类加载器？

　　咱们实现一个ClassLoader，并指定这个ClassLoader的加载路径。有两种方式：this

　　方式一：继承ClassLoader，重写父类的findClass()方法，代码以下：spa

 1 import java.io.ByteArrayOutputStream;
 2 import java.io.File;
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.IOException;
 5 public class PathClassLoader extends ClassLoader
 6 {
 7     public static final String drive = "d:/";
 8     public static final String fileType = ".class";
 9 
10     public static void main(String[] args) throws Exception
11     {
12         PathClassLoader loader = new PathClassLoader();
13         Class<?> objClass = loader.loadClass("HelloWorld", true);
14         Object obj = objClass.newInstance();
15         System.out.println(objClass.getName());
16         System.out.println(objClass.getClassLoader());
17         System.out.println(obj.getClass().toString());
18     }
19 
20     public Class<?> findClass(String name)
21     {
22         byte[] data = loadClassData(name);
23         return defineClass(name, data, 0, data.length);// 将一个 byte 数组转换为 Class// 类的实例
24     }
25     public byte[] loadClassData(String name)
26     {
27         FileInputStream fis = null;
28         byte[] data = null;
29         try
30         {
31             fis = new FileInputStream(new File(drive + name + fileType));
32             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
33             int ch = 0;
34             while ((ch = fis.read()) != -1)
35             {
36                 baos.write(ch);
37             }
38             data = baos.toByteArray();
39         } catch (IOException e)
40         {
41             e.printStackTrace();
42         }
43         return data;
44     }
45 }

　　在第13行，咱们调用了父类的loadClass()方法，该方法使用指定的二进制名称来加载类，下面是loadClass方法的源代码：code

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name))
        {
            // 第一步先检查这个类是否已经被加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null)
            {
                long t0 = System.nanoTime();
                try
                {
                    //parent为父加载器
                    if (parent != null)
                    {
                        //将搜索类或资源的任务委托给其父类加载器
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else
                    {
                        //检查该class是否被BootstrapClassLoader加载
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } 
                catch (ClassNotFoundException e)
                {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                if (c == null)
                {
                    //若是上述两步均没有找到加载的class，则调用findClass()方法
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve)
            {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

　　这个方法首先检查指定class是否已经被加载，若是已被加载过，则调用resolveClass()方法连接指定的类,若是还未加载，则先将搜索类或资源的任务委托给其父类加载器，检查该class是否被BootstrapClassLoader加载，若是上述两步均没有找到加载的class，则调用findClass()方法，在咱们自定义的加载器中，咱们重写了findClass方法，去咱们指定的路径下加载class文件。

　　另外，咱们自定义的类加载器没有指定父加载器，在JVM规范中不指定父类加载器的状况下，默认采用系统类加载器即AppClassLoader做为其父加载器，因此在使用该自定义类加载器时，须要加载的类不能在类路径中，不然的话根据双亲委派模型的原则，待加载的类会由系统类加载器加载。若是必定想要把自定义加载器须要加载的类放在类路径中, 就要把自定义类加载器的父加载器设置为null。

　　方式二：继承URLClassLoader类，而后设置自定义路径的URL来加载URL下的类。

　　咱们将指定的目录转换为URL路径，而后重写findClass方法。

6、实现类的热部署

　　一、什么是类的热部署？

　　所谓热部署，就是在应用正在运行的时候升级软件，不须要从新启用应用。

　　对于Java应用程序来讲，热部署就是运行时更新Java类文件。在基于Java的应用服务器实现热部署的过程当中，类装入器扮演着重要的角色。大多数基于Java的应用服务器，包括EJB服务器和Servlet容器，都支持热部署。

　　类装入器不能从新装入一个已经装入的类，但只要使用一个新的类装入器实例，就能够将类再次装入一个正在运行的应用程序。

　　二、如何实现Java类的热部署

　　前面的分析，咱们已经知道，JVM在加载类以前会检查请求的类是否已经被加载过来，也就是要调用findLoadedClass方法查看是否可以返回类实例。若是类已经加载过来，再调用loadClass会致使类冲突。

　　可是，JVM判断一个类是不是同一个类有两个条件：一是看这个类的完整类名是否同样(包括包名)，二是看加载这个类的ClassLoader加载器是不是同一个(既是是同一个ClassLoader类的两个实例，加载同一个类也会不同)。

　　因此，要实现类的热部署能够建立不一样的ClassLoader的实例对象，而后经过这个不一样的实例对象来加载同名的类。

7、参考资料

　　一、http://www.2cto.com/kf/201403/284030.html