Java類加載機制及自定義加載器

時間 2019-12-07

標籤 java 加載機制自定義欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

　　一：ClassLoader類加載器，主要的做用是將class文件加載到jvm虛擬機中。jvm啓動的時候，並非一次性加載全部的類，而是根據須要動態去加載類，主要分爲隱式加載和顯示加載。java

　　隱式加載：程序代碼中不經過調用ClassLoader來加載須要的類，而是經過JVM類自動加載須要的類到內存中。例如，當咱們在類中繼承或者引用某個類的時候，JVM在解析當前這個類的時，發現引用的類不在內存中，那麼就會自動將這些類加載到內存中。網絡

　　顯示加載：代碼中經過Class.forName（），this.getClass.getClassLoader.LoadClass（），自定義類加載器中的findClass（）方法等。app

　　二：jvm自帶的加載器jvm

　　（1）BootStrap ClassLoader：主要加載%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。能夠通System.getProperty("sun.boot.class.path")ide

　　　　查看加載的路徑，以下：oop

package test;

public class TestGC {
    
    public static void main(String []args){

        System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
        
    }
}

　　　　顯示結果以下：測試

D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\lib\resources.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\lib\rt.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\lib\sunrsasign.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\lib\jsse.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\lib\jce.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\lib\charsets.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\lib\jfr.jar;D:\Program Files\Java\jdk1.7.0_45\jre\classes

　　（2）Extention ClassLoader：主要加載目錄%JRE_HOME%\lib\ext目錄下的jar包和class文件。也能夠經過System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"))查看加載類文件的路徑。this

　　（3）AppClassLoader：主要加載當前應用下的classpath路徑下的類。以前咱們在環境變量中配置的classpath就是指定AppClassLoader的類加載路徑。spa

　　三：類加載器的繼承關係.net

　　先看一下這三個類加載器之間的繼承關係，以下圖：

　　ExtClassLoader，AppClassLoder繼承URLClassLoader，而URLClassLoader繼承ClassLoader，BoopStrap ClassLoder不在上圖中，由於它是由C/C++編寫的，它自己是虛擬機的一部分，並非一個java類。jvm加載的順序：BoopStrap ClassLoder-〉ExtClassLoader->AppClassLoder，下面看一段源碼：

public class Launcher {
    private static Launcher launcher = new Launcher();
    private static String bootClassPath =
        System.getProperty("sun.boot.class.path");

    public static Launcher getLauncher() {
        return launcher;
    }

    private ClassLoader loader;

    public Launcher() {
        // Create the extension class loader
        ClassLoader extcl;
        try {
            extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create extension class loader", e);
        }

        // Now create the class loader to use to launch the application
        try {
            loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create application class loader", e);
        }

        Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);
    }

    /*
     * Returns the class loader used to launch the main application.
     */
    public ClassLoader getClassLoader() {
        return loader;
    }
    /*
     * The class loader used for loading installed extensions.
     */
    static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {}

/**
     * The class loader used for loading from java.class.path.
     * runs in a restricted security context.
     */
    static class AppClassLoader extends URLClassLoader {}

　　　從源碼中咱們看到：（1）Launcher初始化的時候建立了ExtClassLoader以及AppClassLoader，並將ExtClassLoader實例傳入到AppClassLoader中。

　　　（2）雖然上一段源碼中沒見到建立BoopStrap ClassLoader，可是程序一開始就執行了System.getProperty("sun.boot.class.path")。

　　四：類加載器之間的父子關係

　　　　AppClassLoader的父加載器爲ExtClassLoader，ExtClassLoader的父加載器爲null，BoopStrap ClassLoader爲頂級加載器。

　　下面一個小例子就能夠證實，以下：新建一個Test類，能夠經過getParent（）方法獲取上一層父機載器，執行以下代碼：

package test;

public class TestGC {
    
    public static void main(String []args){
        
        System.out.println(Test.class.getClassLoader().toString());
        
        System.out.println(Test.class.getClassLoader().getParent().toString());
        
        System.out.println(Test.class.getClassLoader().getParent().getParent().toString());
    }
}

　　輸出結果以下：

　　五：類加載機制-雙親委託機制

　　例如：當jvm要加載Test.class的時候，

　　（1）首先會到自定義加載器中查找，看是否已經加載過，若是已經加載過，則返回字節碼。

　　（2）若是自定義加載器沒有加載過，則詢問上一層加載器(即AppClassLoader)是否已經加載過Test.class。

　　（3）若是沒有加載過，則詢問上一層加載器（ExtClassLoader）是否已經加載過。

　　（4）若是沒有加載過，則繼續詢問上一層加載（BoopStrap ClassLoader）是否已經加載過。

　　（5）若是BoopStrap ClassLoader依然沒有加載過，則到本身指定類加載路徑下（"sun.boot.class.path"）查看是否有Test.class字節碼，有則返回，沒有通

知下一層加載器ExtClassLoader到本身指定的類加載路徑下（java.ext.dirs）查看。

　　（6）依次類推，最後到自定義類加載器指定的路徑尚未找到Test.class字節碼，則拋出異常ClassNotFoundException。以下圖：

　　六：類加載過程的幾個方法

　　（1）loadClass （2）findLoadedClass （3）findClass

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先，檢查是否已經加載過
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        //父加載器不爲空,調用父加載器的loadClass
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //父加載器爲空則,調用Bootstrap Classloader
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //父加載器沒有找到，則調用findclass
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                //調用resolveClass()
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

　　七：自定義類加載器步驟

　　（1）繼承ClassLoader （2）重寫findClass（）方法（3）調用defineClass（）方法

　　下面寫一個自定義類加載器：指定類加載路徑在D盤下的lib文件夾下。

　　（1）新建一個Test.class類，代碼以下：

package com.test;

public class Test {

    public void say(){

        System.out.println("Hello MyClassLoader");
    }

}

　　（2）cmd控制檯執行javac Test.java，將生成的Test.class文件放到D盤lib文件夾->com文件夾->test文件夾下。

　　（3）自定義類加載器，代碼以下：

package test;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class MyClassLoader extends ClassLoader{

    private String classpath;
    
    public MyClassLoader(String classpath) {
        
        this.classpath = classpath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            byte [] classDate=getDate(name);
            
            if(classDate==null){}
            
            else{
                //defineClass方法將字節碼轉化爲類
                return defineClass(name,classDate,0,classDate.length);
            }
            
        } catch (IOException e) {
            
            e.printStackTrace();
        }
        
        return super.findClass(name);
    }
    //返回類的字節碼
    private byte[] getDate(String className) throws IOException{
        InputStream in = null;
        ByteArrayOutputStream out = null;
        String path=classpath + File.separatorChar +
                    className.replace('.',File.separatorChar)+".class";
        try {
            in=new FileInputStream(path);
            out=new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer=new byte[2048];
            int len=0;
            while((len=in.read(buffer))!=-1){
                out.write(buffer,0,len);
            }
            return out.toByteArray();
        } 
        catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        finally{
            in.close();
            out.close();
        }
        return null;
    }
}

　　測試代碼以下：

package test;

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class TestMyClassLoader {

    public static void main(String []args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException{
        //自定義類加載器的加載路徑
        MyClassLoader myClassLoader=new MyClassLoader("D:\\lib");
        //包名+類名
        Class c=myClassLoader.loadClass("com.test.Test");
        
        if(c!=null){
            Object obj=c.newInstance();
            Method method=c.getMethod("say", null);
            method.invoke(obj, null);
            System.out.println(c.getClassLoader().toString());
        }
    }
}