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Java ClassLoader分析

似是而非Sage
 似是而非Sage
发布于 2016/04/10 23:47
字数 1598
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一.什么是ClassLoader?

  大家都知道,当我们写好一个Java程序之后,不是管是CS还是BS应用,都是由若干个.class文件组织而成的一个完整的Java应用程序,当程序在运行时,即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能,而这些功能都被封装在不同的class文件当中,所以经常要从这个class文件中要调用另外一个class文件中的方法,如果另外一个文件不存在的,则会引发系统异常。而程序在启动的时候,并不会一次性加载程序所要用的所有class文件,而是根据程序的需要,通过Java的类加载机制(ClassLoader)来动态加载某个class文件到内存当中的,从而只有class文件被载入到了内存之后,才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的.


二.Java默认提供的三个ClassLoader

  • Bootstrap ClassLoader:启动类加载器,是Java类加载层中最高层的类加载器.负责加载JDK中的核心类库.如rt.jar,resource.jar,charset.jar等.在程序中,可以使用下面的代码来查看BootStrap ClassLoader加载了哪些类:

URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL url : urls) {
System.out.println(url.getFile());
}
  • Extension ClassLoader:扩展类加载器,负责加载Java的扩展类库,默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext下面的jar包

  • App ClassLoader:系统类加载器,负责加载应用程序classpath下面所有的jar和class

   注意:除了Java默认提供的三个ClassLoader,用户也可以自定义自己的ClassLoader,需要继承java.lang.ClassLoader,也可以继承Extension ClassLoader和App ClassLoader,但是Bootstrap ClassLoader是不可以的,因为是用C++编写的,已经内嵌到JVM当中.当JVM启动之后,Bootstrap ClassLoader也随着启动,负责加载完核心的类以后,并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader.


三.ClassLoader加载类的原理

  • 原理介绍

   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(不是继承关系,是包含关系),而虚拟机内置的BootStrap ClassLoader是没有父类加载器引用的,但是可以作为其他加载器的父类加载器.

   当一个ClassLoader需要加载某个类的时候,在它亲自搜索这个类之前,会把这个任务委托给它的父类加载器,这个委托是一层一层上传的.首先由最顶层的BootStrap ClassLoader,如果没有加载到,会把任务委托给Extension ClassLoader,如果还没有加载到,会把任务委托给App ClassLoader.如果App ClassLoader也没有加载到这个类,则返回给委托的发起者,由它到指定的文件系统或网络等URI中加载这个类.如果他们都没有加载到这个类,则会抛出ClassNotFoundException.否则则会生成一个类的定义,并加载到内存中,最后返回类在内存中的Class实例对象

  • 为什么使用双亲委托模型?

  因为这样可以避免类的重复加载,当父类加载器已经加载了该类的时候,就没有必要子类ClassLoader再加载一次.这是由于安全因素,如果不使用这种委托模式,我们可以随意定义一个String类来替换JDK中的String.因为String已经在启动时就被引导类加载器(Bootstrcp ClassLoader)加载,所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String,除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法

  • JVM在搜索类的时候,又是如何判定两个class是相同的呢?

   JVM在判定两个class是否相同的时候,不仅要判断两个类的类名是否相同,还要判断是否为同一个classloader加载的,只有这两个都相同,JVM才判定这两个类是相同的

  • ClassLoader的体系架构

  • 验证ClassLoader的加载原理:

ClassLoader classloader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader(); //获取当前类的ClassLoader
while (classloader != null) {
System.out.println(classloader);
classloader = classloader.getParent();
}
System.out.println(classloader);

   输出结果:

   第一行结果说明:ClassLoaderTest的类加载器是AppClassLoader

   第二行结果说明:AppClassLoader的类加载器是ExtClassloader,即parent=ExtClassloader

   第三行结果说明:ExtClassLoader的类加器是Bootstrap ClassLoader,因为Bootstrap ClassLoader不是一个普通的Java类,所以ExtClassLoader的parent=null,所以第三行的打印结果为null就是这个原因


四.自定义ClassLoader

   因为Java中提供的默认ClassLoader,只加载指定目录下的jar和class,如果我们想加载其它位置的类或jar时,比如:我要加载网络上的一个class文件,通过动态加载到内存之后,要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这样的情况下,默认的ClassLoader就不能满足我们的需求了,所以需要定义自己的ClassLoader.

  • 定义自己的ClassLoader分以下两步:

       继承java.lang.ClassLoader

       重写findClass方法

  因为JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了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,所以我们只需重写该方法即可。如没有特殊的要求,一般不建议重写loadClass搜索类的算法

   实例:从本地文件中加载class文件

public class LocalFileClassLoader extends ClassLoader {

    private String filepath;

    public LocalFileClassLoader(String filepath) {
        this.filepath = filepath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = findLoadedClass(name);    //判断是否在父类的加载器中加载
        if (clazz == null) {
            byte[] clazzByte = getClassData();
            if (clazzByte == null) {
                throw new ClassNotFoundException();
            }

            clazz = defineClass(name, clazzByte, 0, clazzByte.length);  //将class的字节数组转换为Class对象
        }
        return clazz;
    }

    private byte[] getClassData() {
        FileInputStream fileInputStream             = null;
        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
        try {
            File file               = new File(filepath);
            fileInputStream         = new FileInputStream(file);
            byteArrayOutputStream   = new ByteArrayOutputStream(1024);
            byte[] bytes            = new byte[1024];

            int len;
            while ((len = fileInputStream.read(bytes)) != -1) {
                byteArrayOutputStream.write(bytes, 0, len);
            }
            return byteArrayOutputStream.toByteArray();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            try {
                if (byteArrayOutputStream != null) byteArrayOutputStream.close();
                if (fileInputStream != null) fileInputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

   测试类:

public class ClassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        String filepath = "/Users/xueqi/Development/Logs/String.class";

        LocalFileClassLoader classLoader = new LocalFileClassLoader(filepath);
        String classname = "com.test.String";
        Class clazz = classLoader.findClass(classname);
        System.out.println(clazz);
        System.out.println(clazz.getClassLoader());
    }

}

   输出结果:

class com.test.String

LocalFileClassLoader@266474c2


© 著作权归作者所有

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