018.Java類加載器

時間 2019-12-04

標籤 018.java java 加載欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-classloader/java

類加載器（class loader）

用來加載 Java 類到 Java 虛擬機中數據庫

通常來講，Java 虛擬機使用 Java 類的方式以下：

　　Java 源程序（.java 文件）在通過 Java 編譯器編譯以後就被轉換成 Java 字節代碼（.class 文件）。類加載器負責讀取 Java 字節代碼，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。經過此實例的 newInstance()方法就能夠建立出該類的一個對象。apache

實際的狀況可能更加複雜，好比 Java 字節代碼多是經過工具動態生成的，也多是經過網絡下載的

　　基本上全部的類加載器都是 java.lang.ClassLoader類的一個實例。bootstrap

`java.lang.ClassLoader`類

根據一個指定的類的名稱，找到或者生成其對應的字節代碼，而後從這些字節代碼中定義出一個 Java 類，即 java.lang.Class類的一個實例；

方法	說明
`getParent()`	返回該類加載器的父類加載器。
`loadClass(String name)`	加載名稱爲 `name`的類，返回的結果是 `java.lang.Class`類的實例。
`findClass(String name)`	查找名稱爲 `name`的類，返回的結果是 `java.lang.Class`類的實例。
`findLoadedClass(String name)`	查找名稱爲 `name`的已經被加載過的類，返回的結果是 `java.lang.Class`類的實例。
`defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)`	把字節數組 `b`中的內容轉換成 Java 類，返回的結果是 `java.lang.Class`類的實例。這個方法被聲明爲 `final`的。
`resolveClass(Class<?> c)`	連接指定的 Java 類。

表示類名稱的 name參數的值是類的二進制名稱。須要注意的是內部類的表示，如 com.example.Sample$1和 com.example.Sample$Inner等表示方式。數組

負責加載 Java 應用所需的資源，如圖像文件和配置文件等。

類加載器的樹狀組織結構

Java 中的類加載器大體能夠分紅兩類，一類是系統提供的，另一類則是由 Java 應用開發人員編寫的。安全

系統提供的類加載器主要有下面3個：

　　引導類加載器（bootstrap class loader）：它用來加載 Java 的核心庫，是用原生代碼來實現的，並不繼承自 java.lang.ClassLoader。網絡

　　擴展類加載器（extensions class loader）：它用來加載 Java 的擴展庫。Java 虛擬機的實現會提供一個擴展庫目錄。該類加載器在此目錄裏面查找並加載 Java 類。工具

　　系統類加載器（system class loader）：它根據 Java 應用的類路徑（CLASSPATH）來加載 Java 類。通常來講，Java 應用的類都是由它來完成加載的。能夠經過 ClassLoader.getSystemClassLoader()來獲取它。spa

除了系統提供的類加載器之外，開發人員能夠經過繼承 java.lang.ClassLoader類的方式實現本身的類加載器，以知足一些特殊的需求。

　　除了引導類加載器以外，全部的類加載器都有一個父類加載器。經過 getParent()方法能夠獲得。線程

　　對於系統提供的類加載器來講，系統類加載器的父類加載器是擴展類加載器，而擴展類加載器的父類加載器是引導類加載器；

　　對於開發人員編寫的類加載器來講，其父類加載器是加載此類加載器 Java 類的類加載器。

　　由於類加載器 Java 類如同其它的 Java 類同樣，也是要由類加載器來加載的。通常來講，開發人員編寫的類加載器的父類加載器是系統類加載器。

public class ClassLoaderTree { 
 
   public static void main(String[] args) { 
       ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader(); 
        //有些 JDK 的實現對於父類加載器是引導類加載器的狀況，getParent()方法返回 null
       while (loader != null) { 
           System.out.println(loader.toString()); 
           loader = loader.getParent(); 
       } 
   } 
}    

//輸出
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@9304b1   //系統類加載器實例
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@190d11   //擴展類加載器實例

類加載器的代理模式

類加載器在嘗試本身去查找某個類的字節代碼並定義它時，會先代理給其父類加載器，由父類加載器先去嘗試加載這個類，依次類推。

Java 虛擬機是如何斷定兩個 Java 類是相同的

Java 虛擬機不只要看類的全名是否相同，還要看加載此類的類加載器（定義加載器）是否同樣。只有二者都相同的狀況，才認爲兩個類是相同的

代理模式是爲了保證 Java 核心庫的類型安全

經過代理模式，對於 Java 核心庫的類的加載工做由引導類加載器來統一完成，保證了 Java 應用所使用的都是同一個版本的 Java 核心庫的類，是互相兼容的。

相同名稱的類能夠並存在 Java 虛擬機中，只須要用不一樣的類加載器來加載它們便可。

不一樣類加載器加載的類之間是不兼容的，這就至關於在 Java 虛擬機內部建立了一個個相互隔離的 Java 類空間。

加載類的過程

加載 + 啓動加載

真正完成類的加載工做是經過調用加載器的 defineClass來實現的；而啓動類的加載工過程是經過調用加載器的 loadClass來實現的。

　　前者稱爲一個類的定義加載器（defining loader），後者稱爲初始加載器（initiating loader）。

　　在 Java 虛擬機判斷兩個類是否相同的時候，使用的是類的定義加載器。

對於一個類加載器實例來講，相同全名的類只加載一次

線程上下文類加載器

　　類 java.lang.Thread中的方法 getContextClassLoader()和 setContextClassLoader(ClassLoader cl)用來獲取和設置線程的上下文類加載器。

　　若是沒有經過 setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法進行設置的話，線程將繼承其父線程的上下文類加載器。

　　Java 應用運行的初始線程的上下文類加載器是系統類加載器。在線程中運行的代碼能夠經過此類加載器來加載類和資源。

在 SPI 接口的代碼中使用線程上下文類加載器，就能夠成功的加載到 SPI 實現的類。

一種加載類的方法 Class.forName

該方法有兩種形式：

Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)和

Class.forName(String className)。

第一種形式的參數 name表示的是類的全名；initialize表示是否初始化類；loader表示加載時使用的類加載器。

第二種形式則至關於設置了參數 initialize的值爲 true，loader的值爲當前類的類加載器。

Class.forName的一個很常見的用法是在加載數據庫驅動的時候

如 Class.forName("org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver").newInstance()　　//用來加載 Apache Derby 數據庫的驅動。

開發本身的類加載器

文件系統類加載器

　　加載存儲在文件系統上的 Java 字節代碼，經過類 FileSystemClassLoader 的 defineClass()方法來把這些字節代碼轉換成 java.lang.Class類的實例。

網絡類加載器

　　類 NetworkClassLoader負責經過網絡下載 Java 類字節代碼並定義出 Java 類。

類加載器與 Web 容器

運行在 Java EE™容器中的 Web 應用來講，類加載器的實現方式與通常的 Java 應用有所不一樣

　　每一個 Web 應用都有一個對應的類加載器實例。

　　該類加載器也使用代理模式，所不一樣的是它是首先嚐試去加載某個類，若是找不到再代理給父類加載器。這與通常類加載器的順序是相反的。這是 Java Servlet 規範中的推薦作法，其目的是使得 Web 應用本身的類的優先級高於 Web 容器提供的類。

　　這種代理模式的一個例外是：Java 核心庫的類是不在查找範圍以內的。這也是爲了保證 Java 核心庫的類型安全。

絕大多數狀況下，Web 應用的開發人員不須要考慮與類加載器相關的細節。下面給出幾條簡單的原則：

每一個 Web 應用本身的 Java 類文件和使用的庫的 jar 包，分別放在 WEB-INF/classes和 WEB-INF/lib目錄下面。

多個應用共享的 Java 類文件和 jar 包，分別放在 Web 容器指定的由全部 Web 應用共享的目錄下面。

當出現找不到類的錯誤時，檢查當前類的類加載器和當前線程的上下文類加載器是否正確。

類加載器與 OSGi

OSGi™是 Java 上的動態模塊系統。它爲開發人員提供了面向服務和基於組件的運行環境，並提供標準的方式用來管理軟件的生命週期。

OSGi 中的每一個模塊（bundle）都包含 Java 包和類

OSGi 中的每一個模塊都有對應的一個類加載器。它負責加載模塊本身包含的 Java 包和類。當它須要加載 Java 核心庫的類時（以 java開頭的包和類），它會代理給父類加載器（一般是啓動類加載器）來完成。當它須要加載所導入的 Java 類時，它會代理給導出此 Java 類的模塊來完成加載。

面提供幾條比較好的建議

若是一個類庫只有一個模塊使用，把該類庫的 jar 包放在模塊中，在 Bundle-ClassPath中指明便可。

若是一個類庫被多個模塊共用，能夠爲這個類庫單獨的建立一個模塊，把其它模塊須要用到的 Java 包聲明爲導出的。其它模塊聲明導入這些類。

若是類庫提供了 SPI 接口，而且利用線程上下文類加載器來加載 SPI 實現的 Java 類，有可能會找不到 Java 類。若是出現了 NoClassDefFoundError異常，首先檢查當前線程的上下文類加載器是否正確。經過 Thread.currentThread().getContextClassLoader()就能夠獲得該類加載器。該類加載器應該是該模塊對應的類加載器。若是不是的話，能夠首先經過 class.getClassLoader()來獲得模塊對應的類加載器，再經過 Thread.currentThread().setContextClassLoader()來設置當前線程的上下文類加載器。