java类加载器ClassLoader详解

Java  /  管理员 发布于 8年前   181

获得ClassLoader的途径

1. 获得当前类的ClassLoader

clazz.getClassLoader()

2. 获得当前线程上下文的ClassLoader

Thread.currentThread().getContextClassLoader();

3. 获得系统的ClassLoader

ClassLoader.getSystemClassLoader()

4. 获得调用者的ClassLoader

DriverManager.getCallerClassLoader

ClassLoader源码解析

（推荐学习：Java视频教程）

概述

类加载器是用于加载类的对象，ClassLoader是一个抽象类。如果我们给定了一个类的二进制名称，类加载器应尝试去定位或生成构成定义类的数据。一种典型的策略是将给定的二进制名称转换为文件名，然后去文件系统中读取这个文件名所对应的class文件。

每个Class对象都会包含一个定义它的ClassLoader的一个引用。

数组类的Class对象，不是由类加载器去创建的，而是在Java运行期JVM根据需要自动创建的。对于数组类的类加载器来说，是通过Class.getClassLoader()返回的，与数组当中元素类型的类加载器是一样的；如果数组当中的元素类型是一个原生类型，数组类是没有类加载器的【代码一】。

应用实现了ClassLoader的子类是为了扩展JVM动态加载类的方式。

类加载器典型情况下时可以被安全管理器所使用去标识安全域问题。

ClassLoader类使用了委托模型来寻找类和资源，ClassLoader的每一个实例都会有一个与之关联的父ClassLoader，当ClassLoader被要求寻找一个类或者资源的时候，ClassLoader实例在自身尝试寻找类或者资源之前会委托它的父类加载器去完成。虚拟机内建的类加载器，称之为启动类加载器，是没有父加载器的，但是可以作为一个类加载器的父类加载器【双亲委托机制】。

支持并发类加载的类加载器叫做并行类加载器，要求在初始化期间通过ClassLoader.registerAsParallelCapable 方法注册自身，ClassLoader类默认被注册为可以并行，但是如果它的子类也是并行加载的话需要单独去注册子类。

在委托模型不是严格的层次化的环境下，类加载器需要并行，否则类加载会导致死锁，因为加载器的锁在类加载过程中是一直被持有的。

通常情况下，Java虚拟机以平台相关的形式从本地的文件系统中加载类，比如在UNIX系统，虚拟机从CLASSPATH环境所定义的目录加载类。
然而，有些类并不是来自于文件；它们是从其它来源得到的，比如网络，或者是由应用本身构建【动态代理】。定义类（defineClass ）方法会将字节数组转换为Class的实例，这个新定义类的实例可以由Class.newInstance创建。

由类加载器创建的对象的方法和构造方法可能引用其它的类，为了确定被引用的类，Java虚拟机会调用最初创建类的类加载器的loadClass方法。

二进制名称：以字符串参数的形式向CalssLoader提供的任意一个类名，必须是一个二进制的名称，包含以下四种情况

• "java.lang.String" 正常类
• "javax.swing.JSpinner$DefaultEditor" 内部类
• "java.security.KeyStore\(Builder\)FileBuilder$1" KeyStore的内部类Builder的内部类FileBuilder的第一个匿名内部类
• "java.net.URLClassLoader$3$1" URLClassLoader类的第三个匿名内部类的第一个匿名内部类

代码一：

public class Test12 {    public static void main(String[] args) {        String[] strings = new String[6];        System.out.println(strings.getClass().getClassLoader());        // 运行结果：null        Test12[] test12s = new Test12[1];        System.out.println(test12s.getClass().getClassLoader());        // 运行结果：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2        int[] ints = new int[2];        System.out.println(ints.getClass().getClassLoader());        // 运行结果：null    }}

loadClass方法

loadClass的源码如下， loadClass方法加载拥有指定的二进制名称的Class，默认按照如下顺序寻找类：

a）调用findLoadedClass(String)检查这个类是否被加载

b）调用父类加载器的loadClass方法，如果父类加载器为null，就会调用启动类加载器

c）调用findClass(String)方法寻找

使用上述步骤如果类被找到且resolve为true，就会去调用resolveClass(Class)方法

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  throws ClassNotFoundException{  synchronized (getClassLoadingLock(name)) {      // First, check if the class has already been loaded      Class<?> 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 if class not found  // from the non-null parent class loader          }          if (c == null) {  // If still not found, then invoke findClass in order  // to find the class.  long t1 = System.nanoTime();  c = findClass(name);  // this is the defining class loader; record the stats  sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);  sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);  sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();          }      }      if (resolve) {          resolveClass(c);      }      return c;  }}

findClass方法

findClass的源码如下，findClass寻找拥有指定二进制名称的类，JVM鼓励我们重写此方法，需要自定义加载器遵循双亲委托机制，该方法会在检查完父类加载器之后被loadClass方法调用，默认返回ClassNotFoundException异常。

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {    throw new ClassNotFoundException(name);}

defineClass方法

defineClass的源码如下，defineClass方法将一个字节数组转换为Class的实例。

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ProtectionDomain protectionDomain)    throws ClassFormatError{    protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);    String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);    Class<?> c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source);    postDefineClass(c, protectionDomain);    return c;}

自定义类加载器

/** * 继承了ClassLoader，这是一个自定义的类加载器 * @author 夜的那种黑丶 */public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {    public static void main(String[] args) throws Exception {        ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");       Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");        Object object = clazz.newInstance();        System.out.println(object);        System.out.println(object.getClass().getClassLoader());    }    //------------------------------以上为测试代码---------------------------------    /**     * 类加载器名称，标识作用     */    private String classLoaderName;    /**     * 从磁盘读物字节码文件的扩展名     */    private String fileExtension = ".class";    /**     * 创建一个类加载器对象，将系统类加载器当做该类加载器的父加载器     * @param classLoaderName 类加载器名称     */    private ClassLoaderTest(String classLoaderName) {        // 将系统类加载器当做该类加载器的父加载器        super();        this.classLoaderName = classLoaderName;    }    /**     * 创建一个类加载器对象，显示指定该类加载器的父加载器     * 前提是需要有一个类加载器作为父加载器     * @param parent 父加载器     * @param classLoaderName 类加载器名称     */    private ClassLoaderTest(ClassLoader parent, String classLoaderName) {        // 显示指定该类加载器的父加载器        super(parent);        this.classLoaderName = classLoaderName;    }    /**     * 寻找拥有指定二进制名称的类，重写ClassLoader类的同名方法，需要自定义加载器遵循双亲委托机制     * 该方法会在检查完父类加载器之后被loadClass方法调用     * 默认返回ClassNotFoundException异常     * @param className 类名     * @return Class的实例     * @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常     */    @Override    protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException {        byte[] data = this.loadClassData(className);        /*         * 通过defineClass方法将字节数组转换为Class         * defineClass：将一个字节数组转换为Class的实例，在使用这个Class之前必须要被解析         */        return this.defineClass(className, data, 0 , data.length);    }    /**     * io操作，根据类名找到对应文件，返回class文件的二进制信息     * @param className 类名     * @return class文件的二进制信息     * @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常     */    private byte[] loadClassData(String className) throws ClassNotFoundException {        InputStream inputStream = null;        byte[] data;        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;        try {this.classLoaderName = this.classLoaderName.replace(".", "/");inputStream = new FileInputStream(new File(className + this.fileExtension));byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();int ch;while (-1 != (ch = inputStream.read())) {    byteArrayOutputStream.write(ch);}data = byteArrayOutputStream.toByteArray();        } catch (Exception e) {throw new ClassNotFoundException();        } finally {try {    if (inputStream != null) {        inputStream.close();    }    if (byteArrayOutputStream != null) {        byteArrayOutputStream.close();    }} catch (IOException e) {    e.printStackTrace();}        }        return data;    }}

以上是一段自定义类加载器的代码，我们执行这段代码

[email protected]$AppClassLoader@18b4aac2

可以看见，这段代码中进行类加载的类加载器还是系统类加载器（AppClassLoader）。这是因为jvm的双亲委托机制造成的，private ClassLoaderTest(String classLoaderName)将系统类加载器当做我们自定义类加载器的父加载器，jvm的双亲委托机制使自定义类加载器委托系统类加载器完成加载。

改造以下代码，添加一个path属性用来指定类加载位置：

public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {    public static void main(String[] args) throws Exception {        ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");        loader.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");        Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");        System.out.println("class:" + clazz);        Object object = clazz.newInstance();        System.out.println(object);        System.out.println(object.getClass().getClassLoader());    }    //------------------------------以上为测试代码---------------------------------    /**     * 从指定路径加载     */    private String path;    ......        /**     * io操作，根据类名找到对应文件，返回class文件的二进制信息     * @param className 类名     * @return class文件的二进制信息     * @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常     */    private byte[] loadClassData(String className) throws ClassNotFoundException {        InputStream inputStream = null;        byte[] data;        ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;        className = className.replace(".", "/");        try {this.classLoaderName = this.classLoaderName.replace(".", "/");inputStream = new FileInputStream(new File(this.path + className + this.fileExtension));byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();int ch;while (-1 != (ch = inputStream.read())) {    byteArrayOutputStream.write(ch);}data = byteArrayOutputStream.toByteArray();        } catch (Exception e) {throw new ClassNotFoundException();        } finally {try {    if (inputStream != null) {        inputStream.close();    }    if (byteArrayOutputStream != null) {        byteArrayOutputStream.close();    }} catch (IOException e) {    e.printStackTrace();}        }        return data;    }    public void setPath(String path) {        this.path = path;    }}

运行一下

class:class [email protected]$AppClassLoader@18b4aac2

修改一下测试代码，并删除工程下的Test01.class文件

public static void main(String[] args) throws Exception {    ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");   loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");    Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");    System.out.println("class:" + clazz);    Object object = clazz.newInstance();    System.out.println(object);    System.out.println(object.getClass().getClassLoader());}

运行一下

class:class classloader.Test01classloader.Test01@135fbaa4classloader.ClassLoaderTest@7f31245a

分析

改造后的两块代码，第一块代码中加载类的是系统类加载器AppClassLoader，第二块代码中加载类的是自定义类加载器ClassLoaderTest。是因为ClassLoaderTest会委托他的父加载器AppClassLoader加载class，第一块代码的path直接是工程下，AppClassLoader可以加载到，而第二块代码的path在桌面目录下，所以AppClassLoader无法加载到，然后ClassLoaderTest自身尝试加载并成功加载到。如果第二块代码工程目录下的Test01.class文件没有被删除，那么依然是AppClassLoader加载。

再来测试一块代码

public static void main(String[] args) throws Exception {    ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");    loader.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");    Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");    System.out.println("class:" + clazz.hashCode());    Object object = clazz.newInstance();    System.out.println(object.getClass().getClassLoader());    ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest("loader");    loader2.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");    Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");    System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());    Object object2 = clazz2.newInstance();    System.out.println(object2.getClass().getClassLoader());}

结果显而易见，类由系统类加载器加载，并且clazz和clazz2是相同的。

class:2133927002sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2class:2133927002sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

再改造一下

public static void main(String[] args) throws Exception {    ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");    loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");    Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");    System.out.println("class:" + clazz.hashCode());    Object object = clazz.newInstance();    System.out.println(object.getClass().getClassLoader());    ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest("loader2");    loader2.setPath("/home/fanxuan/桌面/");    Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");    System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());    Object object2 = clazz2.newInstance();    System.out.println(object2.getClass().getClassLoader());}

运行结果

class:325040804classloader.ClassLoaderTest@7f31245aclass:621009875classloader.ClassLoaderTest@45ee12a7

ClassLoaderTest是显而易见，但是clazz和clazz2是不同的，这是因为类加载器的命名空间的原因。

我们可以通过设置父类加载器来让loader和loader2处于同一命名空间

public static void main(String[] args) throws Exception {    ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");    loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");    Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");    System.out.println("class:" + clazz.hashCode());    Object object = clazz.newInstance();    System.out.println(object.getClass().getClassLoader());    ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest(loader, "loader2");    loader2.setPath("/home/fanxuan/桌面/");    Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");    System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());    Object object2 = clazz2.newInstance();    System.out.println(object2.getClass().getClassLoader());}

运行结果

class:325040804classloader.ClassLoaderTest@7f31245aclass:325040804classloader.ClassLoaderTest@7f31245a

扩展：命名空间

1. 每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该加载器及所有的父加载器所加载的类组成

2. 在同一命名空间中，不会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类

3. 在不同的命名空间中，有可能会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类

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