ClassLoader工做機制

時間 2019-11-08

原文原文鏈接

1、ClassLoader概念

　　ClassLoader是用來動態的加載class文件到虛擬機中，並轉換成java.lang.class類的一個實例，每一個這樣的實例用來表示一個java類，咱們能夠根據Class的實例獲得該類的信息，並經過實例的newInstance()方法建立出該類的一個對象，除此以外，ClassLoader還負責加載Java應用所需的資源，如圖像文件和配置文件等。html

　　ClassLoader類是一個抽象類。若是給定類的二進制名稱，那麼類加載器會試圖查找或生成構成類定義的數據。通常策略是將名稱轉換爲某個文件名，而後從文件系統讀取該名稱的「類文件」。ClassLoader類使用委託模型來搜索類和資源。每一個 ClassLoader實例都有一個相關的父類加載器。須要查找類或資源時，ClassLoader實例會在試圖親自查找類或資源以前，將搜索類或資源的任務委託給其父類加載器。 java

　　注意：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的類加載機制來動態加載某個class文件到內存中。數組

2、JVM平臺提供三層classLoader

Bootstrap classLoader：採用native code實現，是JVM的一部分，主要加載JVM自身工做須要的類，如java.lang.*、java.uti.*等；這些類位於$JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar。Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，由於它不是一個普通的Java類，底層由C++編寫，已嵌入到了JVM內核當中，當JVM啓動後，Bootstrap ClassLoader也隨着啓動，負責加載完核心類庫後，並構造Extension ClassLoader和App ClassLoader類加載器。
ExtClassLoader：擴展的class loader，加載位於$JAVA_HOME/jre/lib/ext目錄下的擴展jar。
AppClassLoader:系統class loader，父類是ExtClassLoader，加載$CLASSPATH下的目錄和jar；它負責加載應用程序主函數類。

　　其體系結構圖以下：服務器

　　若是要實現本身的類加載器，不論是實現抽象列ClassLoader，仍是繼承URLClassLoader類，它的父加載器都是AppClassLoader，由於無論調用哪一個父類加載器，建立的對象都必須最終調用getSystemClassLoader()做爲父加載器，getSystemClassLoader()方法獲取到的正是AppClassLoader。網絡

　　注意：Bootstrap classLoader並不屬於JVM的等級層次，它不遵照ClassLoader的加載規則，Bootstrap classLoader並無子類。數據結構

3、JVM加載class文件到內存有兩種方式

隱式加載：不經過在代碼裏調用ClassLoader來加載須要的類，而是經過JVM來自動加載須要的類到內存，例如：當類中繼承或者引用某個類時，JVM在解析當前這個類不在內存中時，就會自動將這些類加載到內存中。
顯示加載：在代碼中經過ClassLoader類來加載一個類，例如調用this.getClass.getClassLoader().loadClass()或者Class.forName()。

4、ClassLoader加載類的過程

找到.class文件並把這個文件加載到內存中
字節碼驗證，Class類數據結構分析，內存分配和符號表的連接
類中靜態屬性和初始化賦值以及靜態代碼塊的執行

5、自定義類加載器

　　一、爲什麼要自定義類加載器？

　　JVM提供的類加載器，只能加載指定目錄的jar和class，若是咱們想加載其餘位置的類或jar時，例如加載網絡上的一個class文件，默認的ClassLoader就不能知足咱們的需求了，因此須要定義本身的類加載器。函數

　　二、如何實現自定義的類加載器？

　　咱們實現一個ClassLoader，並指定這個ClassLoader的加載路徑。有兩種方式：this

　　方式一：繼承ClassLoader，重寫父類的findClass()方法，代碼以下：spa

 1 import java.io.ByteArrayOutputStream;
 2 import java.io.File;
 3 import java.io.FileInputStream;
 4 import java.io.IOException;
 5 public class PathClassLoader extends ClassLoader
 6 {
 7     public static final String drive = "d:/";
 8     public static final String fileType = ".class";
 9 
10     public static void main(String[] args) throws Exception
11     {
12         PathClassLoader loader = new PathClassLoader();
13         Class<?> objClass = loader.loadClass("HelloWorld", true);
14         Object obj = objClass.newInstance();
15         System.out.println(objClass.getName());
16         System.out.println(objClass.getClassLoader());
17         System.out.println(obj.getClass().toString());
18     }
19 
20     public Class<?> findClass(String name)
21     {
22         byte[] data = loadClassData(name);
23         return defineClass(name, data, 0, data.length);// 將一個 byte 數組轉換爲 Class// 類的實例
24     }
25     public byte[] loadClassData(String name)
26     {
27         FileInputStream fis = null;
28         byte[] data = null;
29         try
30         {
31             fis = new FileInputStream(new File(drive + name + fileType));
32             ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
33             int ch = 0;
34             while ((ch = fis.read()) != -1)
35             {
36                 baos.write(ch);
37             }
38             data = baos.toByteArray();
39         } catch (IOException e)
40         {
41             e.printStackTrace();
42         }
43         return data;
44     }
45 }

　　在第13行，咱們調用了父類的loadClass()方法，該方法使用指定的二進制名稱來加載類，下面是loadClass方法的源代碼：code

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name))
        {
            // 第一步先檢查這個類是否已經被加載
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null)
            {
                long t0 = System.nanoTime();
                try
                {
                    //parent爲父加載器
                    if (parent != null)
                    {
                        //將搜索類或資源的任務委託給其父類加載器
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else
                    {
                        //檢查該class是否被BootstrapClassLoader加載
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } 
                catch (ClassNotFoundException e)
                {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                if (c == null)
                {
                    //若是上述兩步均沒有找到加載的class，則調用findClass()方法
                    long t1 = System.nanoTime();
                    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)
            {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

　　這個方法首先檢查指定class是否已經被加載，若是已被加載過，則調用resolveClass()方法連接指定的類,若是還未加載，則先將搜索類或資源的任務委託給其父類加載器，檢查該class是否被BootstrapClassLoader加載，若是上述兩步均沒有找到加載的class，則調用findClass()方法，在咱們自定義的加載器中，咱們重寫了findClass方法，去咱們指定的路徑下加載class文件。

　　另外，咱們自定義的類加載器沒有指定父加載器，在JVM規範中不指定父類加載器的狀況下，默認採用系統類加載器即AppClassLoader做爲其父加載器，因此在使用該自定義類加載器時，須要加載的類不能在類路徑中，不然的話根據雙親委派模型的原則，待加載的類會由系統類加載器加載。若是必定想要把自定義加載器須要加載的類放在類路徑中, 就要把自定義類加載器的父加載器設置爲null。

　　方式二：繼承URLClassLoader類，而後設置自定義路徑的URL來加載URL下的類。

　　咱們將指定的目錄轉換爲URL路徑，而後重寫findClass方法。