java類加載機(jī)制圖文詳解

　　一、類加載器

　　類加載器（ClassLoader），顧名思義，即加載類的東西。在我們使用一個(gè)類之前，JVM需要先將該類的字節(jié)碼文件（.class文件）從磁盤、網(wǎng)絡(luò)或其他來(lái)源加載到內(nèi)存中，并對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行解析生成對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象，這就是類加載器的功能。我們可以利用類加載器，實(shí)現(xiàn)類的動(dòng)態(tài)加載。

　　二、類的加載機(jī)制

　　在Java中，采用雙親委派機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)類的加載。那什么是雙親委派機(jī)制？在Java Doc中有這樣一段描述：

　　The ClassLoader class uses a delegation model to search for classes and resources. Each instance of ClassLoader has an associated parent class loader. When requested to find a class or resource， a ClassLoader instance will delegate the search for the class or resource to its parent class loader before attempting to find the class or resource itself. The virtual machine’s built-in class loader， called the “bootstrap class loader”， does not itself have a parent but may serve as the parent of a ClassLoader instance.

　　從以上描述中，我們可以總結(jié)出如下四點(diǎn)：

　　1、類的加載過(guò)程采用委托模式實(shí)現(xiàn)

　　2、每個(gè) ClassLoader 都有一個(gè)父加載器。

　　3、類加載器在加載類之前會(huì)先遞歸的去嘗試使用父加載器加載。

　　4、虛擬機(jī)有一個(gè)內(nèi)建的啟動(dòng)類加載器（Bootstrap ClassLoader），該加載器沒(méi)有父加載器，但是可以作為其他加載器的父加載器。

　　Java 提供三種類型的系統(tǒng)類加載器。第一種是啟動(dòng)類加載器，由C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，屬于JVM的一部分，其作用是加載 /lib 目錄中的文件，并且該類加載器只加載特定名稱的文件（如 rt.jar），而不是該目錄下所有的文件。另外兩種是 Java 語(yǔ)言自身實(shí)現(xiàn)的類加載器，包括擴(kuò)展類加載器（ExtClassLoader）和應(yīng)用類加載器（AppClassLoader），擴(kuò)展類加載器負(fù)責(zé)加載\lib\ext目錄中或系統(tǒng)變量 java.ext.dirs 所指定的目錄中的文件。應(yīng)用程序類加載器負(fù)責(zé)加載用戶類路徑中的文件。用戶可以直接使用擴(kuò)展類加載器或系統(tǒng)類加載器來(lái)加載自己的類，但是用戶無(wú)法直接使用啟動(dòng)類加載器，除了這兩種類加載器以外，用戶也可以自定義類加載器，加載流程如下圖所示：

　　注意：這里父類加載器并不是通過(guò)繼承關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是采用組合實(shí)現(xiàn)的。

　　我們可以通過(guò)一段程序來(lái)驗(yàn)證這個(gè)過(guò)程：

　　/** * Java學(xué)習(xí)交流QQ群：589809992 我們一起學(xué)Java！ */publicclassTest{}publicclassTestMain{publicstaticvoidmain（String［］ args） { ClassLoader loader = Test.class.getClassLoader（）; while（loader！= null）{ System.out.println（loader）; loader = loader.getParent（）; } } }

　　上面程序的運(yùn)行結(jié)果如下所示：

　　從結(jié)果我們可以看出，默認(rèn)情況下，用戶自定義的類使用 AppClassLoader 加載，AppClassLoader 的父加載器為 ExtClassLoader，但是 ExtClassLoader 的父加載器卻顯示為空，這是什么原因呢？究其緣由，啟動(dòng)類加載器屬于 JVM 的一部分，它不是由 Java 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，在 Java 中無(wú)法直接引用，所以才返回空。但如果是這樣，該怎么實(shí)現(xiàn) ExtClassLoader 與 啟動(dòng)類加載器之間雙親委派機(jī)制？我們可以參考一下源碼：

　　protected Class《？》 loadClass（String name， boolean resolve） throws ClassNotFoundException { synchronized （getClassLoadingLock（name）） { //First， checkifthe classhasalreadybeenloadedClass《？》 c = findLoadedClass（name）; if（c == null） { long t0 = System.nanoTime（）; try{ if（parent ！= null） { c = parent.loadClass（name， false）; } else{ c = findBootstrapClassOrNull（name）; } } catch（ClassNotFoundException e） {//ClassNotFoundException thrown ifclassnotfound//from the non- nullparent classloader}if（c == null） { //If still notfound， theninvoke findClass inorder //to find the class.long t1 = System.nanoTime（）; c = findClass（name）; //thisisthe defining classloader;recordthestatssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime（）.addTime（t1 - t0）; sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime（）.addElapsedTimeFrom（t1）; sun.misc.PerfCounter.getFindClasses（）.increment（）; } } if（resolve） { resolveClass（c）; }returnc; } }

　　從源碼可以看出，ExtClassLoader 和 AppClassLoader都繼承自 ClassLoader 類，ClassLoader 類中通過(guò) loadClass 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)雙親委派機(jī)制。整個(gè)類的加載過(guò)程可分為如下三步：

　　1、查找對(duì)應(yīng)的類是否已經(jīng)加載。

　　2、若未加載，則判斷當(dāng)前類加載器的父加載器是否為空，不為空則委托給父類去加載，否則調(diào)用啟動(dòng)類加載器加載（findBootstrapClassOrNull 再往下會(huì)調(diào)用一個(gè) native 方法）。

　　3、若第二步加載失敗，則調(diào)用當(dāng)前類加載器加載。

　　通過(guò)上面這段程序，可以很清楚的看出擴(kuò)展類加載器與啟動(dòng)類加載器之間是如何實(shí)現(xiàn)委托模式的。

　　現(xiàn)在，我們?cè)衮?yàn)證另一個(gè)問(wèn)題。我們將剛才的Test類打成jar包，將其放置在 \lib\ext 目錄下，然后再次運(yùn)行上面的代碼，結(jié)果如下：

　　現(xiàn)在，該類就不再通過(guò) AppClassLoader 來(lái)加載，而是通過(guò) ExtClassLoader 來(lái)加載了。如果我們?cè)噲D把jar包拷貝到\lib，嘗試通過(guò)啟動(dòng)類加載器加載該類時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)編譯器無(wú)法識(shí)別該類，因?yàn)閱?dòng)類加載器除了指定目錄外，還必須是特定名稱的文件才能加載。

　　三、自定義類加載器

　　通常情況下，我們都是直接使用系統(tǒng)類加載器。但是，有的時(shí)候，我們也需要自定義類加載器。比如應(yīng)用是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸 Java 類的字節(jié)碼，為保證安全性，這些字節(jié)碼經(jīng)過(guò)了加密處理，這時(shí)系統(tǒng)類加載器就無(wú)法對(duì)其進(jìn)行加載，這樣則需要自定義類加載器來(lái)實(shí)現(xiàn)。自定義類加載器一般都是繼承自 ClassLoader 類，從上面對(duì) loadClass 方法來(lái)分析來(lái)看，我們只需要重寫 findClass 方法即可。下面我們通過(guò)一個(gè)示例來(lái)演示自定義類加載器的流程：

　　packagecom.paddx.test.classloading; importjava.io.*; /** * Created by liuxp on 16/3/12. */publicclassMyClassLoaderextendsClassLoader{privateString root; protectedClass《？》findClass（String name） throwsClassNotFoundException { byte［］ classData = loadClassData（name）; if（classData == null） { thrownewClassNotFoundException（）; } else{returndefineClass（name， classData， 0， classData.length）; } } privatebyte［］loadClassData（String className） { String fileName = root + File.separatorChar + className.replace（ ‘?！?File.separatorChar） + “.class”; try{ InputStream ins =newFileInputStream（fileName）; ByteArrayOutputStream baos =newByteArrayOutputStream（）; intbufferSize = 1024; byte［］ buffer = newbyte［bufferSize］;intlength = 0; while（（length = ins.read（buffer）） ！= - 1） { baos.write（buffer， 0， length）; }returnbaos.toByteArray（）; } catch（IOException e） { e.printStackTrace（）; } returnnull; }publicString getRoot（） { returnroot; } publicvoidsetRoot（String root） { this.root = root; }publicstaticvoidmain（String［］ args） { MyClassLoader classLoader = newMyClassLoader（）; classLoader.setRoot（ “/Users/liuxp/tmp”）; Class《？》 testClass = null; try{ testClass = classLoader.loadClass（ “com.paddx.test.classloading.Test”）; Object object = testClass.newInstance（）; System.out.println（object.getClass（）.getClassLoader（））; }catch（ClassNotFoundException e） { e.printStackTrace（）; } catch（InstantiationException e） { e.printStackTrace（）; } catch（IllegalAccessException e） { e.printStackTrace（）; } } }

　　運(yùn)行上面的程序，輸出結(jié)果如下：

　　自定義類加載器的核心在于對(duì)字節(jié)碼文件的獲取，如果是加密的字節(jié)碼則需要在該類中對(duì)文件進(jìn)行解密。由于這里只是演示，我并未對(duì)class文件進(jìn)行加密，因此沒(méi)有解密的過(guò)程。這里有幾點(diǎn)需要注意：

　　1、這里傳遞的文件名需要是類的全限定性名稱，即com.paddx.test.classloading.Test格式的，因?yàn)?defineClass 方法是按這種格式進(jìn)行處理的。

　　2、最好不要重寫loadClass方法，因?yàn)檫@樣容易破壞雙親委托模式。

　　3、這類 Test 類本身可以被 AppClassLoader 類加載，因此我們不能把 com/paddx/test/classloading/Test.class 放在類路徑下。否則，由于雙親委托機(jī)制的存在，會(huì)直接導(dǎo)致該類由 AppClassLoader 加載，而不會(huì)通過(guò)我們自定義類加載器來(lái)加載。

　　四、總結(jié)

　　雙親委派機(jī)制能很好地解決類加載的統(tǒng)一性問(wèn)題。對(duì)一個(gè) Class 對(duì)象來(lái)說(shuō)，如果類加載器不同，即便是同一個(gè)字節(jié)碼文件，生成的 Class 對(duì)象也是不等的。也就是說(shuō)，類加載器相當(dāng)于 Class 對(duì)象的一個(gè)命名空間。雙親委派機(jī)制則保證了基類都由相同的類加載器加載，這樣就避免了同一個(gè)字節(jié)碼文件被多次加載生成不同的 Class 對(duì)象的問(wèn)題。但雙親委派機(jī)制僅僅是Java 規(guī)范所推薦的一種實(shí)現(xiàn)方式，它并不是強(qiáng)制性的要求。近年來(lái)，很多熱部署的技術(shù)都已不遵循這一規(guī)則，如 OSGi 技術(shù)就采用了一種網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，而非雙親委派機(jī)制。