Java中类加载器classloader浅析

时间  2019-11-29
标签 java 加载 classloader 浅析 栏目 Java 繁體版
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本篇文章来简析一下 classloader 在 Java 中的应用。java

前言

如今通常一个应用程序开发会包含不少不少的类， Java 程序启动时并非一次性将全部的类所有加载到内存中进行运行的，而是先加载部分的类到 JVM 中，而后等 JVM 须要用到其余的类时再加载进去，这样的好处就是节约内存，提升了效率。c++

在 Java 中类加载器就是 ClassLoader ， ClassLoader 的具体做用就是将 class 文件加载到 jvm 虚拟机中去，程序就能够正确运行了。算法

Class 再认识

咱们日常写的 Java 文件的格式是 xxx.java 文件格式的，这个格式并非 JVM 执行的格式， JVM 执行的是 .class 格式的文件，这就须要将 .java 的格式文件转为 .class 的格式，这就是编译过程。命令是：安全

javac HelloWorld.java
复制代码

经过 javac 命令便可在当前目录下面生成 .class 文件，这个文件就是 JVM 可以执行的文件格式。bash

在这里插入图片描述

接着经过 java 命令便可运行这个文件：jvm

java HelloWorld
复制代码

打印结果以下所示： ide

在这里插入图片描述
以上即是一个完整的 Java 文件运行过程，先通过编译将 .java 文件转为 .class 格式以便 JVM可以执行。接下来咱们来详细分析。

Java 类加载器

ClassLoader 分类

每一个 ClassLoader 对象都是一个 java.lang.ClassLoader 的实例。每一个Class对象都被这些 ClassLoader 对象所加载，经过继承java.lang.ClassLoader 能够扩展出自定义 ClassLoader，并使用这些自定义的 ClassLoader 对类进行加载。学习

package java.lang;
public abstract class ClassLoader {
	 public Class loadClass(String name);
	 protected Class defineClass(byte[] b);
	 public URL getResource(String name);
	 public Enumeration getResources(String name);
	 public ClassLoader getParent();
	 Class<?> findClass(String name)
     //...
}
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1，loadClass

它接受一个全类名，而后返回一个 Class 类型的实例。测试

2，defineClass

方法接受一组字节，而后将其具体化为一个 Class 类型实例，它通常从磁盘上加载一个文件，而后将文件的字节传递给 JVM ，经过 JVM （ native 方法）对于 Class 的定义，将其具体化，实例化为一个Class 类型实例。ui

3，getParent

返回其parent ClassLoader

咱们经过实际demo来测试一下。

package demo;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        System.out.println(classLoader2);
    }
}
复制代码

打印结果以下：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@135fbaa4
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@2503dbd3
null
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在 Java 中提供了如下三种类加载 ClassLoader：

  1. Bootstrp loader
  2. ExtClassLoader
  3. AppClassLoader

其实上面的 demo 打印出来的结果就验证了这三种 ClassLoader。

(1): 根类加载器(null)

它是由本地代码(c/c++)实现的，你根本拿不到他的引用，可是他实际存在，而且加载一些重要的类，它加载(%JAVA_HOME%\jre\lib),如rt.jar(runtime)、i18n.jar等，这些是Java的核心类。

(2): 扩展类加载器(ExtClassLoader)

虽然说能拿到，可是咱们在实践中不多用到它，它主要加载扩展目录下的jar包， %JAVA_HOME%\lib\ext

(3): 应用类加载器(AppClassLoader)

它主要加载咱们应用程序中的类，如Test,或者用到的第三方包,如jdbc驱动包等。

这里的父类加载器与类中继承概念要区分，它们在class定义上是没有父子关系的。

类加载器调用顺序

一样的，在 Java 中的 ClassLoader 存在一种调用的顺序，咱们就以上面的 Test.java 类进行解析。

当 Test.class 要进行加载时，它将会启动应用类加载器进行加载Test类，可是这个应用类加载器不会真正去加载他，而是会调用看是否有父加载器，结果有，是扩展类加载器，扩展类加载器也不会直接去加载，它看本身是否有父加载器没，结果它仍是有的，是根类加载器。

因此这个时候根类加载器就去加载这个类，可在%JAVA_HOME%\jre\lib 下，它找不到 demo.Test 这个类，因此他告诉他的子类加载器，我找不到，你去加载吧，子类扩展类加载器去 %JAVA_HOME%\lib\ext 去找，也找不着，它告诉它的子类加载器 AppClassLoader，我找不到这个类，你去加载吧，结果AppClassLoader 找到了，就加到内存中，并生成 Class 对象。

借用网上的一张图来表示流程。

在这里插入图片描述

这张图很明显的展现了 ClassLoader 的执行顺序流程。

双亲委托

双亲委托即“类装载器有载入类的需求时，会先请示其 Parent 使用其搜索路径帮忙载入，若是 Parent 找不到,那么才由本身依照本身的搜索路径搜索类”，上面那张图就显示了该流程。

咱们仍是使用上面的代码进行说明：

package demo;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    
        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        System.out.println(classLoader2);
    }
}
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打印结果以下：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@135fbaa4
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@2503dbd3
null
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打印结果能够看出，Test是由 AppClassLoader 加载器加载的，AppClassLoader 的 Parent 加载器是 ExtClassLoader ,可是ExtClassLoader 的 Parent 为 null 是怎么回事呵，朋友们留意的话，前面有提到 Bootstrap Loader 是用 C++ 语言写的，依 java 的观点来看，逻辑上并不存在 Bootstrap Loader 的类实体，因此在 java 程序代码里试图打印出其内容时，咱们就会看到输出为 null。

为何要有“委托机制”？能够从安全方面考虑，若是一我的写了一个恶意的基础类（如java.lang.String）并加载到 JVM 将会引发严重的后果，但有了全盘负责制，java.lang.String 永远是由根装载器来装载，避免以上状况发生。

假如咱们本身写了一个 java.lang.String 的类，咱们是否能够替换调JDK 自己的类？

答案是否认的。咱们不能实现。为何呢？我看不少网上解释是说双亲委托机制解决这个问题，其实不是很是的准确。由于双亲委托机制是能够打破的，你彻底能够本身写一个 classLoader 来加载本身写的java.lang.String 类，可是你会发现也不会加载成功，具体就是由于针对java.* 开头的类，jvm 的实现中已经保证了必须由 bootstrp 来加载。

自定义 ClassLoader

既然系统已经存在三种 ClassLoader 为何还须要咱们本身定义 ClassLoader 呢？由于 Java 中提供的默认 ClassLoader 只加载指定目录下面的 jar 和 class ，可是若是咱们须要加载其余地方的 jar 和 class 时则无能为力了，这个时候就须要咱们本身实现 ClassLoader 了。咱们从上面了解到 ClassLoader是一个抽象类，实现自定义的 ClassLoader 须要继承该类并实现里面的方法。通常状况下，咱们重写父类的 findClass 方法便可。

package java.lang;
public abstract class ClassLoader {
	 public Class loadClass(String name);
	 protected Class defineClass(byte[] b);
	 public URL getResource(String name);
	 public Enumeration getResources(String name);
	 public ClassLoader getParent();
	 Class<?> findClass(String name)
	 //...
}
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ClassLoader 方法那么多为何只重写 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。

自定义 ClassLoader的示例

假如咱们自定义一个 classloader 咱们能够编写一个测试类来讲明。在当前目录下面新建一个 Hello 类。里面有个方法 sayHello 而后放入到指定目录下面，如：我当前的目录为：

/Users/java/intellidea/JavaTest/src/demo/Hello.java

package demo;
public class Hello {
    public void sayHello() {
        System.out.println("say hello ------> classloader");
    }
}
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接着咱们须要自定义一个 ClassLoader 来继承系统的 ClassLoader。咱们命名为 HelloClassLoader 类。

package demo;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class HelloClassLoader extends ClassLoader {
    private String mLibPath;
    public HelloClassLoader(String path) {
        mLibPath = path;
    }
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String fileName = getFileName(name);
        File file = new File(mLibPath,fileName);
        try {
            FileInputStream is = new FileInputStream(file);
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            int len = 0;
            try {
                while ((len = is.read()) != -1) {
                    bos.write(len);
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            byte[] data = bos.toByteArray();
            is.close();
            bos.close();
            return defineClass(name,data,0,data.length);
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return super.findClass(name);
    }
    //获取要加载 的class文件名
    private String getFileName(String name) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int index = name.lastIndexOf('.');
        if(index == -1){
            return name+".class";
        }else{
            return name.substring(index)+".class";
        }
    }
}
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在HelloClassLoader 类中咱们经过 findClass() 方法来查找咱们用到的 Hello.class 文件，从而生成了 Class 对象。接着咱们编写HelloClassLoaderTest 测试类进行测：

package demo;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class HelloClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException {
        // TODO Auto-generated method stub
        //建立自定义classloader对象。
        HelloClassLoader diskLoader = new HelloClassLoader("/Users/java/intellidea/JavaTest/src/demo");
        try {
            //加载class文件
            Class c = diskLoader.loadClass("demo.Hello");
            if (c != null) {
                try {
                    Object obj = c.newInstance();
                    Method method = c.getDeclaredMethod("sayHello", null);
                    //经过反射调用Hello类的sayHello方法
                    method.invoke(obj, null);
                } catch (InstantiationException | IllegalAccessException
                        | NoSuchMethodException
                        | SecurityException |
                        IllegalArgumentException |
                        InvocationTargetException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
复制代码

测试类按照预测结果应该打印：

say hello ------> classloader
复制代码

这行代码是咱们在 Hello 类中的一个方法 sayHello 里面所打印的。咱们运行一下上面的代码，查看下打印结果：

在这里插入图片描述

如料想的同样，打印出了正确结果。以上即是一个简单的自定义ClassLoader 类的实现过程。

总结

以上即是关于 Java 中的 ClassLoader 里面的内容，还有一些暂未涉及到，接下来即是研究 Android中 的 ClassLoader 使用内容。

关于做者

专一于 Android 开发多年，喜欢写 blog 记录总结学习经验，blog 同步更新于本人的公众号，欢迎你们关注，一块儿交流学习～

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