java類加載器原理

這篇文章試圖解決下面一些問題：
類加載原理
引導類加載器，擴展類加載器和系統類加載器
如何知道某個類是哪一個類加載器加載的
如何獲得系統類加載器加載了那些類

首先咱們要分析類加載原理，java中默認有三種類加載器：引導類加載器，擴展類加載器，系統類加載器(也叫應用類加載器)

 

引導類加載器負責加載jdk中的系統類，這種類加載器都是用c語言實現的，在java程序中沒有辦法得到這個類加載器，對於java程序是一個概念而已，基本上不用考慮它的存在，像String,Integer這樣的類都是由引導類加載器加載器的.
擴展類加載器負責加載標準擴展類，通常使用java實現，這是一個真正的java類加載器，負責加載jre/lib/ext中的類，和普通的類加載器同樣，其實這個類加載器對咱們來講也不是很重要，咱們能夠經過java程序得到這個類加載器。
系統類加載器，加載第一個應用類的加載器(其實這個定義並不許確,下面你將會看到)，也就是執行java MainClass 時加載MainClass的加載器，這個加載器使用java實現，使用的很普遍，負責加載classpath中指定的類。

類加載器之間有必定的關係(父子關係)，咱們能夠認爲擴展類加載器的父加載器是引導類加載器(固然不這樣認爲也是能夠的，由於引導類加載器表如今java中就是一個null),不過系統類加載器的父加載器必定是擴展類加載器，類加載器在加載類的時候會先給父加載器一個機會，只有父加載器沒法加載時纔會本身去加載。

咱們沒法得到引導類加載器，由於它是使用c實現的，並且使用引導類加載器加載的類經過getClassLoader方法返回的是null.因此沒法直接操做引導類加載器，可是咱們能夠根據Class.getClassLoader方法是否爲null判斷這個類是否是引導類加載器加載的，能夠經過下面的方法得到引導類加載器加載的類路徑(每一個jar包或者文件夾對應了一個URL);
sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()
你能夠直接在你的main函數中輸出就能夠了
System.out.println(java.util.Arrays.asList(sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()).toString());
獲得的結果是：
[file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/rt.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/i18n.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/sunrsasign.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/jsse.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/jce.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/charsets.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/classes]

其實咱們是能夠指定引導類加載器的類路徑的，java提供了一個-Xbootclasspath參數，不過這個參數不是標準參數。
java -Xbootclasspath: 運行時指定引導類加載器的加載路徑(jar文件或者目錄)
java -Xbootclasspath/p:和上面的相同，不過把這個路徑放到原來的路徑前面
java -Xbootclasspath/a:這個就是在原引導類路徑後面添加類路徑。
上面咱們有提過加載第一個應用類未必就是系統加載器。
若是我把這個應用類的路徑放到引導類路徑中，它將會被引導類加載器加載，大體這樣
java -Xbootclasspath/a:myjar.jar MainClass
若是MainClass在myjar.jar中,那麼這個類將會被引導類加載器加載。
若是但願看詳情，使用-verbose參數，爲了看的更清楚，使用重定向，大體爲(windows下)：
java -verbose -Xbootclasspath/a:myjar.jar MainClass -> C:\out.txt
經過這個參數咱們能夠實現本身的系統類，好比替換掉java.lang.Object的實現，本身能夠擴展
一些方法，不過這樣作彷佛沒有好處，由於那就不是標準了。

咱們最關心的仍是系統類加載器，通常都認爲系統類加載器是加載應用程序第一個類的加載器，
也就是java MainClass命令中加載MainClass的類加載器，這種說法雖然不是很嚴謹，但基本上仍是能夠這樣認爲的，由於咱們不多會改變引導類加載器和擴展類加載器的默認行爲。應該說系統類加載器負責加載classpath路徑中的並且沒有被擴展類加載器加載的類(固然也包括引導類加載器加載的)。若是classpath中有這個類，可是這個類也在擴展類加載器的類路徑，那麼系統類加載器將沒有機會加載它。
咱們不多改變擴展類加載器的行爲，因此通常你本身定義的類都是系統類加載器加載器的。

得到系統類加載器很是簡單，假設MyClass是你定義的一個類
MyClass.class.getClassLoader()返回的就是系統類加載器，固然這種方法沒法保證絕對正確，咱們可使用更簡單並且必定正確的方式：
ClassLoader.getSystemClassLoader()得到系統類加載器。咱們知道ClassLoader是一個抽象類，因此係統類加載器確定是ClassLoader的一個子類實現。咱們來看看它是什麼
ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass();
結果是class sun.misc.Lancher$AppClassLoader　
能夠看出這是sun的一個實現，從名字能夠看出是一個內部類，目前我也沒有看到這個源代碼，彷佛還不是很清晰：
咱們在看看它的父類是什麼：
ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass().getSuperclass();
結果是：class java.net.URLClassLoader
這個是j2se的標準類，它的父類是SecureClassLoader,而SecureClassLoader是繼承ClassLoader的。
如今整個關係應該很清楚，咱們會看到幾乎全部的ClassLoader實現都是繼承URLClassLoader的。
由於系統類加載器是很是重要的，並且是咱們能夠直接控制的，因此咱們後面還會介紹，不過先來看一下擴展類
加載器以及它們之間的關係。

擴展類加載器彷佛是一個不起眼的角色，它負責加載java的標準擴展(jre/lib/ext目錄下的全部jar)，它其實就是一個普通的加載器，看得見摸得着的。
首先的問題是怎麼知道擴展類加載器在哪裏?
的確沒有直接途徑得到擴展類加載器，可是咱們知道它是系統類加載器的父加載器，咱們已經很容易的得到系統類加載器了，因此咱們能夠間接的得到擴展類加載器：
ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass();
實際上是經過系統類加載器間接的得到了擴展類加載器，看看是什麼東西：
結果是：class sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
這個類和系統類加載器同樣是一個內部類，並且定義在同一個類中。
一樣看看它的父類是什麼：
ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass().getSuperclass();
能夠看出結果也是class java.net.URLClassLoader
擴展類加載jre/lib/ext目錄下的全部類，包括jar,目錄下的全部類(目錄名不必定要classes).
如今能夠回答上面的問題了，你寫一個HelloWorld，放到jre/lib/ext/下的某個目錄
好比 jre/lib/ext/myclass/HelloWorld.class
而後在你classpath也設置一份到這個類的路徑，結果執行java HelloWorld時，這個類是被擴展類加載器加載器的，能夠這樣證實
public static void main(String[] args){
System.out.println("loaded by"+HelloWorld.class.getClassLoader().getClass());
System.out.println("Hello World");
}
結果能夠獲得class sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
固然若是你把jre/lib/ext下myclass這個目錄刪除，仍然能夠運行，可是這樣結果是
class sun.misc.Lancher$AppClassLoader
若是你不知道這個過程的話，假設在你擴展類路徑下有一份classpath中的拷貝，或者是比較低的版本，當你使用新的版本時會發現沒有起做用，知道這個過程你就不會以爲奇怪了。另外就是兩個不一樣的類加載器是能夠加載一個同名的類的，也就是說雖然擴展類加載器加載了某個類，系統類加載器是能夠加載本身的版本的，
可是現有的實現都沒有這樣作，ClassLoader中的方法是會請求父類加載器先加載的，若是你本身定義類加載器徹底能夠修改這種默認行爲，甚至可讓他沒有父加載器。

這裏給出一個方法如何得到擴展類加載器加載的路徑：
　　　　String path=System.getProperty("java.ext.dirs");
        File dir=new File(path);
        if(!dir.exists()||!dir.isDirectory()){
            return Collections.EMPTY_LIST;
        }
        File[] jars=dir.listFiles();
        URL[] urls=new URL[jars.length];
        for(int i=0;i<jars.length;i++){
            urls[i]=sun.misc.URLClassPath.pathToURLs(jars[i].getAbsolutePath())[0];
        }
        return Arrays.asList(urls);

對於擴展類加載器咱們基本上不會去關心，也不多把你本身的jar放到擴展路徑，大部分狀況下咱們都感受不到它的存在，固然若是你必定要放到這個目錄下，必定要知道這個過程，它會優先於classpath中的類。

如今咱們應該很清楚知道某個類是哪一個加載器加載的，而且知道爲何是它加載的，若是要在運行時得到某個類的類加載器，直接使用Class的getClassLoader()方法就能夠了。

用戶定義的類通常都是系統類加載器加載的,咱們不多直接使用類加載器加載類,咱們甚至不多本身加載類。
由於類在使用時會被自動加載，咱們用到某個類時該類會被自動加載,好比new A()會致使類A自動被加載，不過這種加載只發生一次。
咱們也可使用系統類加載器手動加載類,ClassLoader提供了這個接口
ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("classFullName");
這就很明確的指定了使用系統類加載器加載指定的類,可是若是該類可以被擴展類加載器加載,系統類加載器仍是不會有機會的。
咱們最經常使用的仍是使用Class.forName加載使用的類，這種方式沒有指定某個特定的ClassLoader,會使用調用類的ClassLoader。
也就是說調用這個方法的類的類加載器將會用於加載這個類。好比在類A中使用Class.forName加載類B,那麼加載類A的類加載器將會用於加載類B,這樣兩個類的類加載器是同一個。

最後討論一下如何得到某個類加載器加載了哪些類，這個彷佛有必定的使用價值，能夠看出哪些類被加載了。其實這個也不是很難，由於ClassLoader中有一個classes成員變量就是用來保存類加載器加載的類列表，並且有一個方法
void addClass(Class c) { classes.addElement(c);}
這個方法被JVM調用。
咱們只要利用反射得到classes這個值就能夠了,不過classes聲明爲private的,咱們須要修改它的訪問權限(沒有安全管理器時很容易作到)
classes = ClassLoader.class.getDeclaredField("classes");
classes.setAccessible(true);
List ret=(List) classes.get(cl); //classes是一個Vector
惋惜的是對於引導類加載器沒有辦法得到加載的類，由於它是了的,在java中很難控制了。