類加載器ClassLoader源碼解析

一、ClassLoader做用

• 類加載流程的"加載"階段是由類加載器完成的。

 

二、類加載器結構

結構：BootstrapClassLoader（祖父）-->ExtClassLoader（爺爺）-->AppClassLoader(也稱爲SystemClassLoader)（爸爸）-->自定義類加載器（兒子）

關係：看括號中的排位；彼此相鄰的兩個爲父子關係，前爲父，後爲子

2.一、BootstrapClassLoader

• 下邊簡稱爲boot
• C++編寫
• 爲ExtClassLoader的父類，可是經過ExtClassLoader的getParent()獲取到的是null（在類加載器部分：null就是指boot）
• 主要加載：E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar（最重要的就是：rt.jar）

2.二、ExtClassLoader：

• 下邊簡稱爲ext
• java編寫，位於sun.misc包下，該包在你導入源代碼的時候是沒有的，須要從新去下
• 主要加載：E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar（eg.dnsns.jar）

2.三、AppClassLoader：

• 下邊簡稱爲app
• java編寫，位於sun.misc包下
• 主要加載：類路徑下的jar

2.四、自定義類加載器：

• 下邊簡稱爲custom
• 本身編寫的類加載器，須要繼承ClassLoader類或URLClassLoader，並至少重寫其中的findClass(String name)方法，若想打破雙親委託機制，須要重寫loadClass方法
• 主要加載：本身指定路徑的class文件

 

三、全盤負責機制

概念：假設ClassLoaderA要加載class B，可是B引用了class C，那麼ClassLoaderA先要加載C，再加載B，"全盤"的意思就是，加載B的類加載器A，也會加載B所引用的類

 

四、雙親委託機制

這也是類加載器加載一個類的整個過程。

過程：假設我如今從類路徑下加載一個類A，

1）那麼app會先查找是否加載過A，如有，直接返回；

2）若沒有，去ext檢查是否加載過A，如有，直接返回；

3）若沒有，去boot檢查是否加載過A，如有，直接返回；

4）若沒有，那就boot加載，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下找到了指定名稱的類，則加載，結束；

5）若沒找到，boot加載失敗；

6）ext開始加載，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下找到了指定名稱的類，則加載，結束；

7）若沒找到，ext加載失敗；

8）app加載，若在類路徑下找到了指定名稱的類，則加載，結束；

9）若沒有找到，拋出異常ClassNotFoundException

注意：

• 在上述過程當中的1）2）3）4）6）8）後邊，都要去判斷是否須要進行"解析"過程 （"解析"見 第四章 類加載機制）
• 類的加載過程只有向上的雙親委託，沒有向下的查詢和加載，假設是ext在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下加載一個類，那麼整個查詢與加載的過程與app無關。
• 假設A加載成功了，那麼該類就會緩存在當前的類加載器實例對象C中，key是（A，C）（其中A是類的全類名，C是加載A的類加載器對象實例），value是對應的java.lang.Class對象
• 上述的1）2）3）都是從相應的類加載器實例對象的緩存中進行查找
• 進行緩存的目的是爲了同一個類不被加載兩次
• 使用（A,C）作key是爲了隔離類，假設如今有一個類加載器B也加載了A，key爲（A,B），則這兩個A是不一樣的A。這種狀況怎麼發生呢？
  • 假設有custom一、custom2兩個自定義類加載器，他們是兄弟關係，同時加載A，這就是有可能的了

總結：

• 從底向上檢查是否加載過指定名稱的類；從頂向下加載該類。（在其中任何一個步驟成功以後，都會停止類加載過程）
• 雙親委託的好處：假設本身編寫了一個java.lang.Object類，編譯後置於類路徑下，此時在系統中就有兩個Object類，一個是rt.jar的，一個是類路徑下的，在類加載的過程當中，當要按照全類名去加載Object類時，根據雙親委託，boot會加載rt.jar下的Object類，這是方法結束，即類路徑下的Object類就沒有加載了。這樣保證了系統中類不混亂。

 

五、源代碼

/**
     * 根據指定的binary name加載class。
     * 步驟：
     * 假設我如今從類路徑下加載一個類A，
     * 1）那麼app會先查找是否加載過A（findLoadedClass(name)），如有，直接返回；
     * 2）若沒有，去ext檢查是否加載過A（parent.loadClass(name, false)），如有，直接返回；
     * findBootstrapClassOrNull(name) 3)4)5)都是這個方法
     * 3）若沒有，去boot檢查是否加載過A，如有，直接返回；
     * 4）若沒有，那就boot加載，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下找到了指定名稱的類，則加載，結束；
     * 5）若沒找到，boot加載失敗；
     * findClass(name) 6)7)8)9)都是這個方法
     * 在findClass中調用了defineClass方法，該方法會生成當前類的java.lang.Class對象
     * 6）ext開始加載，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下找到了指定名稱的類，則加載，結束；
     * 7）若沒找到，ext加載失敗；
     * 8）app加載，若在類路徑下找到了指定名稱的類，則加載，結束；
     * 9）若沒有找到，拋出異常ClassNotFoundException
     * 注意：在上述過程當中的1）2）3）4）6）8）後邊，都要去判斷是否須要進行"解析"過程
     */
    protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException {
        Class c = findLoadedClass(name);//檢查要加載的類是否是已經被加載了
        if (c == null) {//沒有被加載過
            try {
                if (parent != null) {
                    //若是父加載器不是boot，遞歸調用loadClass(name, false)
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {//父加載器是boot
                    /*
                     * 返回一個由boot加載過的類;3)
                     * 若沒有，就去試着在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下查找 4)
                     * 若在bootstrap class loader的查找範圍內沒有查找到該類，則返回null 5)
                     */
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                //父類加載器沒法完成加載請求
            }
            if (c == null) {
                //若是父類加載器未找到，再調用自己（這個自己包括ext和app）的findClass(name)來查找類
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }

說明：

• 該段代碼中引用的大部分方法實質上都是native方法
• 其中findClass方法的類定義以下：
  /**
       * 查找指定binary name的類
       * 該類應該被ClassLoader的實現類重寫
       */
      protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
          throw new ClassNotFoundException(name);
      }
  • 關於findClass能夠查看URLClassLoader.findClass(final String name)，其中引用了defineClass方法，在該方法中將二進制字節流轉換爲了java.lang.Class對象。

   

  附：關於遞歸

  遞歸基於棧實現。

  上述的代碼若是不清楚遞歸的意義是看不清的。

  解釋：

  • app_loadClass()方法執行到ext_loadClass()，這時候對於app_loadClass()中剩餘的findClass()會在棧中向下壓；
  • 而後執行ext_loadClass()，當執行到findBootstrapClassOrNull(name)，這時候ext_loadClass()中剩餘的findClass()也會從棧頂向下壓，此時ext_loadClass()_findClass()僅僅位於app_loadClass()_findClass()的上方；
  • 而後執行findBootstrapClassOrNull(name)，當boot檢測事後而且執行完加載後而且沒成功，boot方法離開棧頂；
  • 而後執行此時棧頂的ext_loadClass()_findClass()
  • 而後執行此時棧頂的app_loadClass()_findClass()

  這樣，就完成了雙親委託機制。

  遞歸太煩了，實際開發中儘可能不要用！