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Java ClassLoader原理詳細分析2016
JVM的ClassLoader分三層，分別為Bootstrap ClassLoader，Extension ClassLoader，System ClassLoader，他們不是類(lèi)繼承的父子關(guān)系，是邏輯上的上下級關(guān)系。那么Java ClassLoader原理分析，希望對大家有所幫助!
一、什么是ClassLoader?
大家都知道，當我們寫(xiě)好一個(gè)Java程序之后，不是管是CS還是BS應用，都是由若干個(gè).class文件組織而成的一個(gè)完整的Java應用程序，當程序在運行時(shí)，即會(huì )調用該程序的一個(gè)入口函數來(lái)調用系統的相關(guān)功能，而這些功能都被封裝在不同的class文件當中，所以經(jīng)常要從這個(gè)class文件中要調用另外一個(gè)class文件中的方法，如果另外一個(gè)文件不存在的，則會(huì )引發(fā)系統異常。而程序在啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì )一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據程序的需要，通過(guò)Java的類(lèi)加載機制(ClassLoader)來(lái)動(dòng)態(tài)加載某個(gè)class文件到內存當中的，從而只有class文件被載入到了內存之后，才能被其它c(diǎn)lass所引用。所以ClassLoader就是用來(lái)動(dòng)態(tài)加載class文件到內存當中用的。
二、Java默認提供的三個(gè)ClassLoader
BootStrap ClassLoader：稱(chēng)為啟動(dòng)類(lèi)加載器，是Java類(lèi)加載層次中最頂層的類(lèi)加載器，負責加載JDK中的核心類(lèi)庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通過(guò)如下程序獲得該類(lèi)加載器從哪些地方加載了相關(guān)的jar或class文件：
URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}
以下內容是上述程序從本機JDK環(huán)境所獲得的結果：
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/
其實(shí)上述結果也是通過(guò)查找sun.boot.class.path這個(gè)系統屬性所得知的。
System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
打印結果：C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes
Extension ClassLoader：稱(chēng)為擴展類(lèi)加載器，負責加載Java的擴展類(lèi)庫，默認加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
App ClassLoader：稱(chēng)為系統類(lèi)加載器，負責加載應用程序classpath目錄下的所有jar和class文件。
注意： 除了Java默認提供的三個(gè)ClassLoader之外，用戶(hù)還可以根據需要定義自已的ClassLoader，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類(lèi)，也包括Java提供的另外二個(gè)ClassLoader(Extension ClassLoader和App ClassLoader)在內，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因為它不是一個(gè)普通的Java類(lèi)，底層由C++編寫(xiě)，已嵌入到了JVM內核當中，當JVM啟動(dòng)后，Bootstrap ClassLoader也隨著(zhù)啟動(dòng)，負責加載完核心類(lèi)庫后，并構造Extension ClassLoader和App ClassLoader類(lèi)加載器。
三、ClassLoader加載類(lèi)的原理
1、原理介紹
ClassLoader使用的是雙親委托模型來(lái)搜索類(lèi)的，每個(gè)ClassLoader實(shí)例都有一個(gè)父類(lèi)加載器的引用(不是繼承的關(guān)系，是一個(gè)包含的關(guān)系)，虛擬機內置的類(lèi)加載器(Bootstrap ClassLoader)本身沒(méi)有父類(lèi)加載器，但可以用作其它ClassLoader實(shí)例的的父類(lèi)加載器。當一個(gè)ClassLoader實(shí)例需要加載某個(gè)類(lèi)時(shí)，它會(huì )試圖親自搜索某個(gè)類(lèi)之前，先把這個(gè)任務(wù)委托給它的父類(lèi)加載器，這個(gè)過(guò)程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類(lèi)加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載，如果沒(méi)加載到，則把任務(wù)轉交給Extension ClassLoader試圖加載，如果也沒(méi)加載到，則轉交給App ClassLoader 進(jìn)行加載，如果它也沒(méi)有加載得到的話(huà)，則返回給委托的發(fā)起者，由它到指定的文件系統或網(wǎng)絡(luò )等URL中加載該類(lèi)。如果它們都沒(méi)有加載到這個(gè)類(lèi)時(shí)，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個(gè)找到的類(lèi)生成一個(gè)類(lèi)的定義，并將它加載到內存當中，最后返回這個(gè)類(lèi)在內存中的Class實(shí)例對象。
2、為什么要使用雙親委托這種模型呢?
因為這樣可以避免重復加載，當父親已經(jīng)加載了該類(lèi)的時(shí)候，就沒(méi)有必要子ClassLoader再加載一次�？紤]到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時(shí)使用自定義的String來(lái)動(dòng)態(tài)替代java核心api中定義的類(lèi)型，這樣會(huì )存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因為String已經(jīng)在啟動(dòng)時(shí)就被引導類(lèi)加載器(Bootstrcp ClassLoader)加載，所以用戶(hù)自定義的ClassLoader永遠也無(wú)法加載一個(gè)自己寫(xiě)的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類(lèi)的默認算法。
3、 但是JVM在搜索類(lèi)的時(shí)候，又是如何判定兩個(gè)class是相同的呢?
JVM在判定兩個(gè)class是否相同時(shí)，不僅要判斷兩個(gè)類(lèi)名是否相同，而且要判斷是否由同一個(gè)類(lèi)加載器實(shí)例加載的。只有兩者同時(shí)滿(mǎn)足的情況下，JVM才認為這兩個(gè)class是相同的。就算兩個(gè)class是同一份class字節碼，如果被兩個(gè)不同的ClassLoader實(shí)例所加載，JVM也會(huì )認為它們是兩個(gè)不同class。比如網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)Java類(lèi)org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之后生成字節碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個(gè)類(lèi)加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分別定義出了java.lang.Class實(shí)例來(lái)表示這個(gè)類(lèi)，對于JVM來(lái)說(shuō)，它們是兩個(gè)不同的實(shí)例對象，但它們確實(shí)是同一份字節碼文件，如果試圖將這個(gè)Class實(shí)例生成具體的對象進(jìn)行轉換時(shí)，就會(huì )拋運行時(shí)異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個(gè)不同的類(lèi)型�，F在通過(guò)實(shí)例來(lái)驗證上述所描述的是否正確：
1)、在web服務(wù)器上建一個(gè)org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java類(lèi)
package org.classloader.simple;
public class NetClassLoaderSimple {
private NetClassLoaderSimple instance;
public void setNetClassLoaderSimple(Object obj) {
this.instance = (NetClassLoaderSimple)obj;
}
}
org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類(lèi)的setNetClassLoaderSimple方法接收一個(gè)Object類(lèi)型參數，并將它強制轉換成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類(lèi)型。
2)、測試兩個(gè)class是否相同(NetWorkClassLoader.java)
package classloader;
public class NewworkClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
try {
//測試加載網(wǎng)絡(luò )中的class文件
String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";
String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple";
NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
Class clazz1 = ncl1.loadClass(className);
Class clazz2 = ncl2.loadClass(className);
Object obj1 = clazz1.newInstance();
Object obj2 = clazz2.newInstance();
clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
首先獲得網(wǎng)絡(luò )上一個(gè)class文件的二進(jìn)制名稱(chēng)，然后通過(guò)自定義的類(lèi)加載器NetworkClassLoader創(chuàng )建兩個(gè)實(shí)例，并根據網(wǎng)絡(luò )地址分別加載這份class，并得到這兩個(gè)ClassLoader實(shí)例加載后生成的Class實(shí)例clazz1和clazz2，最后將這兩個(gè)Class實(shí)例分別生成具體的實(shí)例對象obj1和obj2，再通過(guò)反射調用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。
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