Java中類加載器classloader淺析

時間  2019-11-29
標籤 java 加載 classloader 淺析 欄目 Java 简体版
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本篇文章來簡析一下 classloader 在 Java 中的應用。java

前言

如今通常一個應用程序開發會包含不少不少的類， Java 程序啓動時並非一次性將全部的類所有加載到內存中進行運行的，而是先加載部分的類到 JVM 中，而後等 JVM 須要用到其餘的類時再加載進去，這樣的好處就是節約內存，提升了效率。c++

在 Java 中類加載器就是 ClassLoader ， ClassLoader 的具體做用就是將 class 文件加載到 jvm 虛擬機中去，程序就能夠正確運行了。算法

Class 再認識

咱們日常寫的 Java 文件的格式是 xxx.java 文件格式的，這個格式並非 JVM 執行的格式， JVM 執行的是 .class 格式的文件，這就須要將 .java 的格式文件轉爲 .class 的格式，這就是編譯過程。命令是：安全

javac HelloWorld.java
複製代碼

經過 javac 命令便可在當前目錄下面生成 .class 文件，這個文件就是 JVM 可以執行的文件格式。bash

在這裏插入圖片描述

接着經過 java 命令便可運行這個文件：jvm

java HelloWorld
複製代碼

打印結果以下所示： ide

在這裏插入圖片描述
以上即是一個完整的 Java 文件運行過程，先通過編譯將 .java 文件轉爲 .class 格式以便 JVM可以執行。接下來咱們來詳細分析。

Java 類加載器

ClassLoader 分類

每一個 ClassLoader 對象都是一個 java.lang.ClassLoader 的實例。每一個Class對象都被這些 ClassLoader 對象所加載，經過繼承java.lang.ClassLoader 能夠擴展出自定義 ClassLoader，並使用這些自定義的 ClassLoader 對類進行加載。學習

package java.lang;
public abstract class ClassLoader {
	 public Class loadClass(String name);
	 protected Class defineClass(byte[] b);
	 public URL getResource(String name);
	 public Enumeration getResources(String name);
	 public ClassLoader getParent();
	 Class<?> findClass(String name)
     //...
}
複製代碼

1，loadClass

它接受一個全類名，而後返回一個 Class 類型的實例。測試

2，defineClass

方法接受一組字節，而後將其具體化爲一個 Class 類型實例，它通常從磁盤上加載一個文件，而後將文件的字節傳遞給 JVM ，經過 JVM （ native 方法）對於 Class 的定義，將其具體化，實例化爲一個Class 類型實例。ui

3，getParent

返回其parent ClassLoader

咱們經過實際demo來測試一下。

package demo;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        System.out.println(classLoader2);
    }
}
複製代碼

打印結果以下：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@135fbaa4
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@2503dbd3
null
複製代碼

在 Java 中提供瞭如下三種類加載 ClassLoader：

  1. Bootstrp loader
  2. ExtClassLoader
  3. AppClassLoader

其實上面的 demo 打印出來的結果就驗證了這三種 ClassLoader。

(1): 根類加載器(null)

它是由本地代碼(c/c++)實現的，你根本拿不到他的引用，可是他實際存在，而且加載一些重要的類，它加載(%JAVA_HOME%\jre\lib),如rt.jar(runtime)、i18n.jar等，這些是Java的核心類。

(2): 擴展類加載器(ExtClassLoader)

雖然說能拿到，可是咱們在實踐中不多用到它，它主要加載擴展目錄下的jar包， %JAVA_HOME%\lib\ext

(3): 應用類加載器(AppClassLoader)

它主要加載咱們應用程序中的類，如Test,或者用到的第三方包,如jdbc驅動包等。

這裏的父類加載器與類中繼承概念要區分，它們在class定義上是沒有父子關係的。

類加載器調用順序

一樣的，在 Java 中的 ClassLoader 存在一種調用的順序，咱們就以上面的 Test.java 類進行解析。

當 Test.class 要進行加載時，它將會啓動應用類加載器進行加載Test類，可是這個應用類加載器不會真正去加載他，而是會調用看是否有父加載器，結果有，是擴展類加載器，擴展類加載器也不會直接去加載，它看本身是否有父加載器沒，結果它仍是有的，是根類加載器。

因此這個時候根類加載器就去加載這個類，可在%JAVA_HOME%\jre\lib 下，它找不到 demo.Test 這個類，因此他告訴他的子類加載器，我找不到，你去加載吧，子類擴展類加載器去 %JAVA_HOME%\lib\ext 去找，也找不着，它告訴它的子類加載器 AppClassLoader，我找不到這個類，你去加載吧，結果AppClassLoader 找到了，就加到內存中，並生成 Class 對象。

借用網上的一張圖來表示流程。

在這裏插入圖片描述

這張圖很明顯的展現了 ClassLoader 的執行順序流程。

雙親委託

雙親委託即「類裝載器有載入類的需求時，會先請示其 Parent 使用其搜索路徑幫忙載入，若是 Parent 找不到,那麼才由本身依照本身的搜索路徑搜索類」，上面那張圖就顯示了該流程。

咱們仍是使用上面的代碼進行說明：

package demo;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    
        ClassLoader classLoader = Test.class.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        ClassLoader classLoader1 = classLoader.getParent();
        System.out.println(classLoader1);
        ClassLoader classLoader2 = classLoader1.getParent();
        System.out.println(classLoader2);
    }
}
複製代碼

打印結果以下：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@135fbaa4
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@2503dbd3
null
複製代碼

打印結果能夠看出，Test是由 AppClassLoader 加載器加載的，AppClassLoader 的 Parent 加載器是 ExtClassLoader ,可是ExtClassLoader 的 Parent 爲 null 是怎麼回事呵，朋友們留意的話，前面有提到 Bootstrap Loader 是用 C++ 語言寫的，依 java 的觀點來看，邏輯上並不存在 Bootstrap Loader 的類實體，因此在 java 程序代碼裏試圖打印出其內容時，咱們就會看到輸出爲 null。

爲何要有「委託機制」？能夠從安全方面考慮，若是一我的寫了一個惡意的基礎類（如java.lang.String）並加載到 JVM 將會引發嚴重的後果，但有了全盤負責制，java.lang.String 永遠是由根裝載器來裝載，避免以上狀況發生。

假如咱們本身寫了一個 java.lang.String 的類，咱們是否能夠替換調JDK 自己的類？

答案是否認的。咱們不能實現。爲何呢？我看不少網上解釋是說雙親委託機制解決這個問題，其實不是很是的準確。由於雙親委託機制是能夠打破的，你徹底能夠本身寫一個 classLoader 來加載本身寫的java.lang.String 類，可是你會發現也不會加載成功，具體就是由於針對java.* 開頭的類，jvm 的實現中已經保證了必須由 bootstrp 來加載。

自定義 ClassLoader

既然系統已經存在三種 ClassLoader 爲何還須要咱們本身定義 ClassLoader 呢？由於 Java 中提供的默認 ClassLoader 只加載指定目錄下面的 jar 和 class ，可是若是咱們須要加載其餘地方的 jar 和 class 時則無能爲力了，這個時候就須要咱們本身實現 ClassLoader 了。咱們從上面瞭解到 ClassLoader是一個抽象類，實現自定義的 ClassLoader 須要繼承該類並實現裏面的方法。通常狀況下，咱們重寫父類的 findClass 方法便可。

package java.lang;
public abstract class ClassLoader {
	 public Class loadClass(String name);
	 protected Class defineClass(byte[] b);
	 public URL getResource(String name);
	 public Enumeration getResources(String name);
	 public ClassLoader getParent();
	 Class<?> findClass(String name)
	 //...
}
複製代碼

ClassLoader 方法那麼多爲何只重寫 findClass 方法？ 由於 JDK 已經在 loadClass 方法中幫咱們實現了 ClassLoader 搜索類的算法，當在 loadClass 方法中搜索不到類時，loadClass 方法就會調用findClass 方法來搜索類，因此咱們只需重寫該方法便可。如沒有特殊的要求，通常不建議重寫 loadClass 搜索類的算法。

自定義 ClassLoader的示例

假如咱們自定義一個 classloader 咱們能夠編寫一個測試類來講明。在當前目錄下面新建一個 Hello 類。裏面有個方法 sayHello 而後放入到指定目錄下面，如：我當前的目錄爲：

/Users/java/intellidea/JavaTest/src/demo/Hello.java

package demo;
public class Hello {
    public void sayHello() {
        System.out.println("say hello ------> classloader");
    }
}
複製代碼

接着咱們須要自定義一個 ClassLoader 來繼承系統的 ClassLoader。咱們命名爲 HelloClassLoader 類。

package demo;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class HelloClassLoader extends ClassLoader {
    private String mLibPath;
    public HelloClassLoader(String path) {
        mLibPath = path;
    }
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String fileName = getFileName(name);
        File file = new File(mLibPath,fileName);
        try {
            FileInputStream is = new FileInputStream(file);
            ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
            int len = 0;
            try {
                while ((len = is.read()) != -1) {
                    bos.write(len);
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            byte[] data = bos.toByteArray();
            is.close();
            bos.close();
            return defineClass(name,data,0,data.length);
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        return super.findClass(name);
    }
    //獲取要加載 的class文件名
    private String getFileName(String name) {
        // TODO Auto-generated method stub
        int index = name.lastIndexOf('.');
        if(index == -1){
            return name+".class";
        }else{
            return name.substring(index)+".class";
        }
    }
}
複製代碼

在HelloClassLoader 類中咱們經過 findClass() 方法來查找咱們用到的 Hello.class 文件，從而生成了 Class 對象。接着咱們編寫HelloClassLoaderTest 測試類進行測：

package demo;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class HelloClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException {
        // TODO Auto-generated method stub
        //建立自定義classloader對象。
        HelloClassLoader diskLoader = new HelloClassLoader("/Users/java/intellidea/JavaTest/src/demo");
        try {
            //加載class文件
            Class c = diskLoader.loadClass("demo.Hello");
            if (c != null) {
                try {
                    Object obj = c.newInstance();
                    Method method = c.getDeclaredMethod("sayHello", null);
                    //經過反射調用Hello類的sayHello方法
                    method.invoke(obj, null);
                } catch (InstantiationException | IllegalAccessException
                        | NoSuchMethodException
                        | SecurityException |
                        IllegalArgumentException |
                        InvocationTargetException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
複製代碼

測試類按照預測結果應該打印：

say hello ------> classloader
複製代碼

這行代碼是咱們在 Hello 類中的一個方法 sayHello 裏面所打印的。咱們運行一下上面的代碼，查看下打印結果：

在這裏插入圖片描述

如料想的同樣，打印出了正確結果。以上即是一個簡單的自定義ClassLoader 類的實現過程。

總結

以上即是關於 Java 中的 ClassLoader 裏面的內容，還有一些暫未涉及到，接下來即是研究 Android中 的 ClassLoader 使用內容。

關於做者

專一於 Android 開發多年，喜歡寫 blog 記錄總結學習經驗，blog 同步更新於本人的公衆號，歡迎你們關注，一塊兒交流學習～

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