Spring源码学习之：ClassLoader学习（3）

ClassLoader主要对类的请求提供服务，当JVM须要某类时，它根据名称向ClassLoader要求这个类，而后由ClassLoader返回 这个类的class对象。 1.1 几个相关概念ClassLoader负责载入系统的全部Resources（Class，文件，来自网络的字节流 等），经过ClassLoader从而将资源载入JVM 
每一个class都有一个reference，指向本身的ClassLoader。Class.getClassLoader() 
array的ClassLoader就是其元素的ClassLoader，如果基本数据类型，则这个array没有ClassLoader 
1.2 主要方法和工做过程Java1.1及从前版本中，ClassLoader主要方法： 
Class loadClass( String name, boolean resolve ); ClassLoader.loadClass() 是 ClassLoader 的入口点 
defineClass 方法是 ClassLoader 的主要诀窍。该方法接受由原始字节组成的数组并把它转换成 Class 对象。原始数组包含如从文件系统或网络装入的数据。 
findSystemClass 方 法从本地文件系统装入文件。它在本地文件系统中寻找类文件，若是存在，就使用 defineClass 将原始字节转换成 Class 对象，以将该文件 转换成类。当运行 Java 应用程序时，这是 JVM 正常装入类的缺省机制。 
resolveClass能够不彻底地（不带解析）装入类，也能够彻底地（带解析）装入类。当编写咱们本身的 loadClass 时，能够调用 resolveClass，这取决于 loadClass 的 resolve 参数的值 
findLoadedClass 充当一个缓存：当请求 loadClass 装入类时，它调用该方法来查看 ClassLoader 是否已装入这个类，这样能够避免从新装入已存在类所形成的麻烦。应首先调用该方法 
通常load方法过程以下： 

调用 findLoadedClass 来查看是否存在已装入的类。 
若是没有，那么采用某种特殊的神奇方式来获取原始字节。（经过IO从文件系统，来自网络的字节流等） 
若是已有原始字节，调用 defineClass 将它们转换成 Class 对象。 
若是没有原始字节，而后调用 findSystemClass 查看是否从本地文件系统获取类。 
若是 resolve 参数是 true，那么调用 resolveClass 解析 Class 对象。 
若是尚未类，返回 ClassNotFoundException。 
不然，将类返回给调用程序。 
1.3 委托模型自从JDK1.2之后，ClassLoader作了改进，使用了委托模型，全部系统中的ClassLoader组成一棵树，ClassLoader在载入类库时先让Parent寻找，Parent找不到才本身找。 
JVM 在运行时会产生三个ClassLoader，Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和 App ClassLoader。其中，Bootstrap ClassLoader是用C++编写的，在Java中看不到它，是null。它用来加载核 心类库，就是在lib下的类库，Extension ClassLoader加载lib/ext下的类库，App ClassLoader加载 Classpath里的类库，三者的关系为:App ClassLoader的Parent是Extension ClassLoader，而 Extension ClassLoader的Parent为Bootstrap ClassLoader。加载一个类时，首先BootStrap进行寻 找，找不到再由Extension ClassLoader寻找，最后才是App ClassLoader。 

将 ClassLoader设计成委托模型的一个重要缘由是出于安全考虑，好比在Applet中，若是编写了一个java.lang.String类并具备破 坏性。假如不采用这种委托机制，就会将这个具备破坏性的String加载到了用户机器上，致使破坏用户安全。但采用这种委托机制则不会出现这种状况。由于 要加载java.lang.String类时，系统最终会由Bootstrap进行加载，这个具备破坏性的String永远没有机会加载。 

委托模型还带来了一些问题，在某些状况下会产生混淆，以下是Tomcat的ClassLoader结构图: 

                Bootstrap
                  |
                System
                  |
                Common
                /    
            Catalina  Shared
                      /    
                   Webapp1  Webapp2 ...

由 Common 类 装入器装入的类决不能（根据名称）直接访问由 Web 应用程序装入的类。使这些类联系在一块儿的惟一方法是经过使用这两个类集均可见的接口。在这个例子 中，就是包含由 Java servlet 实现的 javax.servlet.Servlet。 
若是在lib或者lib/ext等类库有 与应用中一样的类，那么应用中的类将没法被载入。一般在jdk新版本出现有类库移动时会出现问题，例如最初咱们使用本身的xml解析器，而在jdk1.4 中xml解析器变成标准类库，load的优先级也高于咱们本身的xml解析器，咱们本身的xml解析器永远没法找到，将可能致使咱们的应用没法运行。 

相同的类，不一样的ClassLoader，将致使ClassCastException异常 

1.4 线 程中的ClassLoader每一个运行中的线程都有一个成员contextClassLoader，用来在运行时动态地载入其它类，可使用方法 Thread.currentThread().setContextClassLoader(...);更改当前线程的 contextClassLoader，来改变其载入类的行为；也能够经过方法 Thread.currentThread().getContextClassLoader()来得到当前线程的ClassLoader。 
实际上，在Java应用中全部程序都运行在线程里，若是在程序中没有手工设置过ClassLoader，对于通常的java类以下两种方法得到的ClassLoader一般都是同一个 

this.getClass.getClassLoader()； 
Thread.currentThread().getContextClassLoader()； 
方 法一获得的Classloader是静态的，代表类的载入者是谁；方法二获得的Classloader是动态的，谁执行（某个线程），就是那个执行者的 Classloader。对于单例模式的类，静态类等，载入一次后，这个实例会被不少程序（线程）调用，对于这些类，载入的Classloader和执行 线程的Classloader一般都不一样。 

1.5 Web应用中的ClassLoader回到上面的例子，在Tomcat 里，WebApp的ClassLoader的工做原理有点不一样，它先试图本身载入类（在ContextPath/WEB-INF/...中载入类），若是 没法载入，再请求父ClassLoader完成。 
由此可得： 

对于WEB APP线程，它的contextClassLoader是WebAppClassLoader 
对于Tomcat Server线程，它的contextClassLoader是CatalinaClassLoader 
1.6 得到ClassLoader的几种方法能够经过以下3种方法获得ClassLoader 
this.getClass.getClassLoader(); // 使用当前类的ClassLoader 
Thread.currentThread().getContextClassLoader(); // 使用当前线程的ClassLoader 
ClassLoader.getSystemClassLoader(); // 使 用系统ClassLoader，即系统的入口点所使用的ClassLoader。（注意，system ClassLoader与根 ClassLoader并不同。JVM下system ClassLoader一般为App ClassLoader） 
1.7 几种扩展应用用户定制本身的ClassLoader能够实现如下的一些应用 
安全性。类进入JVM以前先通过ClassLoader，因此能够在这边检查是否有正确的数字签名等 
加密。java字节码很容易被反编译，经过定制ClassLoader使得字节码先加密防止别人下载后反编译，这里的ClassLoader至关于一个动态的解码器 
归档。可能为了节省网络资源，对本身的代码作一些特殊的归档，而后用定制的ClassLoader来解档 
自展开程序。把java应用程序编译成单个可执行类文件，这个文件包含压缩的和加密的类文件数据，同时有一个固定的ClassLoader，当程序运行时它在内存中彻底自行解开，无需先安装 
动态生成。能够生成应用其余还未生成类的类，实时建立整个类并可在任什么时候刻引入JVM 
2.0 资源载入
所 有资源都经过ClassLoader载入到JVM里，那么在载入资源时固然可使用ClassLoader，只是对于不一样的资源还可使用一些别的方式载 入，例如对于类能够直接new，对于文件能够直接作IO等。 2.1 载入类的几种方法假设有类A和类B，A在方法amethod里须要实例化B，可能的 方法有3种。对于载入类的状况，用户须要知道B类的完整名字（包括包名，例如"com.rain.B"） 
1. 使用Class静态方法 Class.forName 

    Class cls = Class.forName("com.rain.B");
    B b = (B)cls.newInstance();

2. 使用ClassLoader 
    /* Step 1. Get ClassLoader */
    ClassLoader cl; // 如何得到ClassLoader参考1.6

    /* Step 2. Load the class */
    Class cls = cl.loadClass("com.rain.B"); // 使用第一步获得的ClassLoader来载入B
    
    /* Step 3. new instance */
    B b = (B)cls.newInstance(); // 有B的类获得一个B的实例

3. 直接new 
    B b = new B();

2.2 文 件载入（例如配置文件等）假设在com.rain.A类里想读取文件夹 /com/rain/config 里的文件sys.properties，读取 文件能够经过绝对路径或相对路径，绝对路径很简单，在Windows下以盘号开始，在Unix下以"/"开始 
对于相对路径，其相对值是相对于ClassLoader的，由于ClassLoader是一棵树，因此这个相对路径和ClassLoader树上的任何一个ClassLoader相对比较后能够找到文件，那么文件就能够找到，固然，读取文件也使用委托模型 

1. 直接IO 

/**
 * 假设当前位置是 "C:/test"，经过执行以下命令来运行A "java com.rain.A"
 * 1. 在程序里可使用绝对路径，Windows下的绝对路径以盘号开始，Unix下以"/"开始
 * 2. 也可使用相对路径，相对路径前面没有"/"
 * 由于咱们在 "C:/test" 目录下执行程序，程序入口点是"C:/test"，相对路径就
 * 是 "com/rain/config/sys.properties"
 * （例子中，当前程序的ClassLoader是App ClassLoader，system ClassLoader = 当前的
 * 程序的ClassLoader，入口点是"C:/test"）
 * 对于ClassLoader树，若是文件在jdk lib下，若是文件在jdk lib/ext下，若是文件在环境变量里，
 * 均可以经过相对路径"sys.properties"找到，lib下的文件最早被找到
 */
File f = new File("C:/test/com/rain/config/sys.properties"); // 使用绝对路径
//File f = new File("com/rain/config/sys.properties"); // 使用相对路径
InputStream is = new FileInputStream(f);

若是是配置文件，能够经过java.util.Properties.load(is)将内容读到Properties里，Properties默认认为is的编码是ISO-8859-1，若是配置文件是非英文的，可能出现乱码问题。 
2. 使用ClassLoader 

/**
 * 由于有3种方法获得ClassLoader，对应有以下3种方法读取文件
 * 使用的路径是相对于这个ClassLoader的那个点的相对路径，此处只能使用相对路径
 */
InputStream is = null;
is = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(
       "com/rain/config/sys.properties"); //方法1
//is = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResourceAsStream(
       "com/rain/config/sys.properties"); //方法2
//is = ClassLoader.getSystemResourceAsStream("com/rain/config/sys.properties"); //方法3

若是是配置文件，能够经过java.util.Properties.load(is)将内容读到Properties里，这里要注意编码问题。 
3. 使用ResourceBundle 

    ResourceBundle bundle = ResourceBundle.getBoundle("com.rain.config.sys");

这种用法一般用来载入用户的配置文件，关于ResourceBunlde更详细的用法请参考其余文档 
总结：有以下3种途径来载入文件 

    1. 绝对路径 ---> IO
    2. 相对路径 ---> IO
                ---> ClassLoader
    3. 资源文件 ---> ResourceBundle

2.3 如何在web应用里载入资源在web应用里固然也可使用ClassLoader来载入资源，但更经常使用的状况是使用ServletContext，以下是web目录结构 
    ContextRoot
       |- JSP、HTML、Image等各类文件
        |- [WEB-INF]
              |- web.xml
              |- [lib] Web用到的JAR文件
                |- [classes] 类文件

用户程序一般在classes目录下，若是想读取classes目录里的文件，可使用ClassLoader，若是想读取其余的文件，通常使用ServletContext.getResource() 
如 果使用ServletContext.getResource(path)方法，路径必须以"/"开始，路径被解释成相对于ContextRoot的路 径，此处载入文件的方法和ClassLoader不一样，举例"/WEB-INF/web.xml","/download /WebExAgent.rar"