JVM-ClassLoader类加载器

时间 2019-11-25

原文原文链接

类加载器：

　　对于虚拟机的角度来看，只存在两种类加载器: 启动类加载器(Brootstrap ClassLoader)和“其余类加载器”。启动类加载器是由C++写的，属于虚拟机的一部分，其余类加载器都是由java语言实现，独立于虚拟机外部，所有继承自抽象类java.lang.ClassLoader。java

　　从开发的角度来看，有三种类加载器:git

　　1）启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):这个类加载器主要是负责加载${JAVA_HOME}/lib目录的jar(好比rt.jar、resources.jar)或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的jar。算法

　　（调用ClassLoader类的loadClass方法加载一个类，并非对类的主动使用，不会致使类的初始化。）编程

　　2）扩展类加载器(Extension ClassLoader):它负责加载${JAVA_HOME}/lib/ext目录或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的全部类库，开发者能够直接使用扩展类加载器。bootstrap

　　3）应用类加载器(Application ClassLoader):这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，也就是调用ClassLoader.getSystemClassLoader()可获取该类加载器，因此又叫系统类加载器。它负责JVM启动时加载来自命令java中的-classpath或者java.class.path系统属性或者CLASSPATH操做系统属性所指定的JAR类包和类路径。加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库。用户自定义的任何类加载器都将该类加载器作为它的父类加载器windows

　　类加载器的层次结构：api

ClassLoader加载类的原理：

　　ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的，每一个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个包含的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）自己没有父类加载器，但能够用做其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例须要加载某个类时，它会试图亲自搜索某个类以前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，若是没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，若是也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，若是它也没有加载获得的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。若是它们都没有加载到这个类时，则抛出ClassNotFoundException异常。不然将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实例对象。缓存

为何要用双亲委托模型：

　　由于这样能够避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素，咱们试想一下，若是不使用这种委托模式，那咱们就能够随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型，这样会存在很是大的安全隐患，而双亲委托的方式，就能够避免这种状况，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。安全

JVM在搜索类的时候，是如何判断两个class是相同的呢？

　　比较两个类是否“相等”，只有这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，不然，即便这两个类来自同一个.class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载他们的类加载器不一样，这两个类就一定不相等。这里的相等包括Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括instanceof关键字作对象所属关系断定等状况。例如，咱们能够编写一个类加载器，它能够拒绝加载没有标记为"paid for"的类。微信

　　若是要编写本身的类加载器，只须要继承抽象类 ClassLoader 而后重写findClass()方法。ClassLoader 中的 loadClass() 方法用于将类的加载操做委托给其父类加载器去进行，只有当该类还没有加载而且父类加载器也没法加载该类时，才调用findClass()方法。

JVM类加载机制：

　　全盘负责，当一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引用的其余Class也将由该类加载器负责载入，除非显示使用另一个类加载器来载入。

　　父类委托，先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器没法加载该类时才尝试从本身的类路径中加载该类。

　　缓存机制，缓存机制将会保证全部加载过的Class都会被缓存，当程序中须要使用某个Class时，类加载器先从缓存区寻找该Class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成Class对象，存入缓存区。这就是为何修改了Class后，必须重启JVM，程序的修改才会生效。

自定义类加载器：

　　咱们能够编写本身的用于特殊目的的类加载器，这使得咱们能够在向虚拟机传递字节码以前执行定制的检查。

import java.io.*;

/**
 *  @ProjectName: base-project 
 *  @Description: 实现本身的类加载器
 */
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private String name; //类加载器的名字
    private String path = "D:\\"; //加载类的路径
    private final String fileType = ".class"; //class文件的扩展名

    public MyClassLoader(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }

    public MyClassLoader(ClassLoader parent, String name) {
        super(parent);
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MyClassLoader{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    public String getPath() {
        return path;
    }

    public void setPath(String path) {
        this.path = path;
    }

    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] data = loadClassData(name);
        return defineClass(name, data, 0, data.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String name) {
        InputStream is = null;
        byte[] data = null;
        ByteArrayOutputStream baos = null;

        try {
            this.name = this.name.replace(".", "\\");
            //流读取文件
            is = new FileInputStream(new File(path + name + fileType));
            baos = new ByteArrayOutputStream();
            int ch = 0;
            while(-1 != (ch = is.read())) {
                baos.write(ch);
            }

            data = baos.toByteArray();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                baos.close();
                is.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return data;
    }

    public static void test(ClassLoader loader) throws Exception{
        Class clazz = loader.loadClass("Sample");
        Object object = clazz.newInstance();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyClassLoader loader1 = new MyClassLoader("loader1");
        loader1.setPath("D:\\myapp\\serverlib\\");
        MyClassLoader loader2 = new MyClassLoader(loader1, "loader2");
        loader2.setPath("D:\\myapp\\clientlib\\");
        MyClassLoader loader3 = new MyClassLoader(null, "loader3");
        loader3.setPath("D:\\myapp\\otherlib\\");

        test(loader2);
//        System.out.println("==================");
        test(loader3);

//        Class clazz = loader1.loadClass("Sample");
//        Object obj = clazz.newInstance(); //建立一个Sample类的对象
//        Sample sample = (Sample)obj;
//        System.out.println(sample.v1);
    }

}

怎么运行这个程序来观察类加载过程呢？

一、在D: 盘下分别创建文件夹

　　D:\myapp\serverlib\
　　D:\myapp\clientlib\
　　D:\myapp\otherlib\
　　D:\myapp\syslib\

二、新建Dog.java、Sample.java

public class Dog {
    public Dog() {
        System.out.println("Dog is loaded by : " + this.getClass().getClassLoader());
    }
}

public class Sample {
    public int v1 = 1;
    
    public Sample() {
        System.out.println("Sample is loaded by: " + this.getClass().getClassLoader());
        
        new Dog();
    }
}

三、把MyClassLoader.class、Dog.class、Sample.class三个.class文件分别放到(注意：要把代码中的package去掉)

　　这个时候 clientlib目录和other目录没有任何的.class文件

public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyClassLoader loader1 = new MyClassLoader("loader1");
        loader1.setPath("D:\\myapp\\serverlib\\");
        MyClassLoader loader2 = new MyClassLoader(loader1, "loader2");
        loader2.setPath("D:\\myapp\\clientlib\\");
        MyClassLoader loader3 = new MyClassLoader(null, "loader3");
        loader3.setPath("D:\\myapp\\otherlib\\");

        test(loader2);
//        System.out.println("==================");
        test(loader3);

四、在windows环境下进入DOS命令窗口进入到 D:\myapp\syslib 目录下

五、运行 java MyClassLoader.class 看输入

为何会有这种输出呢？
先是bootstrap类加载器加载，发现没有找到，而后是Extentian类加载器加载发现也没有找到，App类加载器加载也没有找到，而后loader1类加载器加载发现找到了，就中止加载了。

https://gitee.com/play-happy/base-project

参考：

[1] 《深刻理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》，周志明，机械工业出版社

[2] 《Java 核心技术卷》，机械工业出版社

[3] 博客，http://blog.csdn.net/xyang81/article/details/7292380

[4] 并发编程网，http://ifeve.com/classloader%E8%A7%A3%E6%83%91/

[5] 博客，http://www.javashuo.com/article/p-zoasinon-cr.html

[6] 微信，http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI4NDY5Mjc1Mg==&mid=2247483934&idx=1&sn=41c46eceb2add54b7cde9eeb01412a90&chksm=ebf6da61dc81537721d36aadb5d20613b0449762842f9128753e716ce5fefe2b659d8654c4e8&scene=21#wechat_redirect