Java ClassLoader分析

一.什麼是ClassLoader?

  你們都知道，當咱們寫好一個Java程序以後，不是管是CS仍是BS應用，都是由若干個.class文件組織而成的一個完整的Java應用程序，當程序在運行時，即會調用該程序的一個入口函數來調用系統的相關功能，而這些功能都被封裝在不一樣的class文件當中，因此常常要從這個class文件中要調用另一個class文件中的方法，若是另一個文件不存在的，則會引起系統異常。而程序在啓動的時候，並不會一次性加載程序所要用的全部class文件，而是根據程序的須要，經過Java的類加載機制（ClassLoader）來動態加載某個class文件到內存當中的，從而只有class文件被載入到了內存以後，才能被其它class所引用。因此ClassLoader就是用來動態加載class文件到內存當中用的.

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二.Java默認提供的三個ClassLoader

• Bootstrap ClassLoader:啓動類加載器,是Java類加載層中最高層的類加載器.負責加載JDK中的核心類庫.如rt.jar,resource.jar,charset.jar等.在程序中,可使用下面的代碼來查看BootStrap ClassLoader加載了哪些類:

URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL url : urls) {
System.out.println(url.getFile());
}

• Extension ClassLoader:擴展類加載器,負責加載Java的擴展類庫,默認加載JAVA_HOME/jre/lib/ext下面的jar包

• App ClassLoader:系統類加載器,負責加載應用程序classpath下面全部的jar和class

   注意:除了Java默認提供的三個ClassLoader,用戶也能夠自定義本身的ClassLoader,須要繼承java.lang.ClassLoader,也能夠繼承Extension ClassLoader和App ClassLoader,可是Bootstrap ClassLoader是不能夠的,由於是用C++編寫的,已經內嵌到JVM當中.當JVM啓動以後,Bootstrap ClassLoader也隨着啓動,負責加載完核心的類之後,並構造Extension ClassLoader和App ClassLoader.

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三.ClassLoader加載類的原理

• 原理介紹

   ClassLoader使用的是雙親委託模型來搜索類的,每個ClassLoader實例都有一個父類加載器的引用(不是繼承關係,是包含關係),而虛擬機內置的BootStrap ClassLoader是沒有父類加載器引用的,可是能夠做爲其餘加載器的父類加載器.

   當一個ClassLoader須要加載某個類的時候,在它親自搜索這個類以前,會把這個任務委託給它的父類加載器,這個委託是一層一層上傳的.首先由最頂層的BootStrap ClassLoader,若是沒有加載到,會把任務委託給Extension ClassLoader,若是尚未加載到,會把任務委託給App ClassLoader.若是App ClassLoader也沒有加載到這個類,則返回給委託的發起者,由它到指定的文件系統或網絡等URI中加載這個類.若是他們都沒有加載到這個類,則會拋出ClassNotFoundException.不然則會生成一個類的定義,並加載到內存中,最後返回類在內存中的Class實例對象

• 爲何使用雙親委託模型?

  由於這樣能夠避免類的重複加載,當父類加載器已經加載了該類的時候,就沒有必要子類ClassLoader再加載一次.這是因爲安全因素,若是不使用這種委託模式,咱們能夠隨意定義一個String類來替換JDK中的String.由於String已經在啓動時就被引導類加載器（Bootstrcp ClassLoader）加載，因此用戶自定義的ClassLoader永遠也沒法加載一個本身寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認算法

• JVM在搜索類的時候，又是如何斷定兩個class是相同的呢?

   JVM在斷定兩個class是否相同的時候,不只要判斷兩個類的類名是否相同,還要判斷是否爲同一個classloader加載的,只有這兩個都相同,JVM才斷定這兩個類是相同的

• ClassLoader的體系架構

• 驗證ClassLoader的加載原理:

ClassLoader classloader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader(); //獲取當前類的ClassLoader
while (classloader != null) {
System.out.println(classloader);
classloader = classloader.getParent();
}
System.out.println(classloader);

   輸出結果:

   第一行結果說明:ClassLoaderTest的類加載器是AppClassLoader

   第二行結果說明:AppClassLoader的類加載器是ExtClassloader,即parent=ExtClassloader

   第三行結果說明:ExtClassLoader的類加器是Bootstrap ClassLoader,由於Bootstrap ClassLoader不是一個普通的Java類,因此ExtClassLoader的parent=null,因此第三行的打印結果爲null就是這個緣由

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四.自定義ClassLoader

   由於Java中提供的默認ClassLoader，只加載指定目錄下的jar和class，若是咱們想加載其它位置的類或jar時，好比：我要加載網絡上的一個class文件，經過動態加載到內存以後，要調用這個類中的方法實現個人業務邏輯。在這樣的狀況下，默認的ClassLoader就不能知足咱們的需求了，因此須要定義本身的ClassLoader.

• 定義本身的ClassLoader分如下兩步:

       繼承java.lang.ClassLoader

       重寫findClass方法

  由於JDK已經在loadClass方法中幫咱們實現了ClassLoader搜索類的算法，當在loadClass方法中搜索不到類時，loadClass方法就會調用findClass方法來搜索類，因此咱們只需重寫該方法便可。如沒有特殊的要求，通常不建議重寫loadClass搜索類的算法

   實例:從本地文件中加載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);    //判斷是否在父類的加載器中加載
        if (clazz == null) {
            byte[] clazzByte = getClassData();
            if (clazzByte == null) {
                throw new ClassNotFoundException();
            }

            clazz = defineClass(name, clazzByte, 0, clazzByte.length);  //將class的字節數組轉換爲Class對象
        }
        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();
            }
        }
    }
}

   測試類:

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());
    }

}

   輸出結果:

class com.test.String LocalFileClassLoader@266474c2