Java类加载器详解

爱被打了一巴掌 2022-03-07 06:14 136阅读 0赞

Java虚拟机中的类加载有三大步骤：，链接，初始化．其中加载是指查找字节流（也就是由Java编译器生成的class文件）并据此创建类的过程，这中间我们需要借助类加载器来查找字节流．

## Java虚拟机默认类加载器 ##

Java虚拟机提供了3种类加载器，启动（Bootstrap）类加载器、扩展（Extension）类加载器、应用（Application）类加载器.除了启动类加载器外，其他的类加载器都是java.lang.ClassLoader的子类．启动类加载器由C++语言实现，没有对应的Java对象，它负责将 <JAVA\_HOME>/lib路径下的核心类库或-Xbootclasspath参数指定的路径下的jar包加载到内存中．扩展类加载器是指sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类，由Java语言实现，是Launcher的静态内部类，它负责加载<JAVA\_HOME>/lib/ext目录下或者由系统变量-Djava.ext.dir指定位路径中的类库，他的父类加载器是null．应用类加载器是指sun.misc.Launcher$AppClassLoader类，他负责加载应用程序路径下的类，这里路径指java -classpath或-D java.class.path 指定的路径，他的父类加载器是扩展类加载器.

注意这里面的父子类加载器并不是继承的关系，只是ClassLoader类中的parent属性．我们来看Launcher类中创建扩展类加载器的代码：

public ExtClassLoader(File[] var1) throws IOException {
          super(getExtURLs(var1), (ClassLoader)null, Launcher.factory);
          SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this).initLookupCache(this);
        }

这里设置了其父加载器为null．

## 双亲委派机制 ##

Java虚拟机在加载类时默认采用的是双亲委派机制，即当一个类加载器接收到加载请求时，会将请求转发到父类加载器，如果父类加载器在路径下没有找到该类，才会交给子类加载器去加载．我们来看ClassLoader中laodClass方法：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException
        {
            synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
                // 首先判断类是否已加载过，加载过就直接返回
                Class<?> c = findLoadedClass(name);
                if (c == null) {
                    long t0 = System.nanoTime();
                    try {
                        if (parent != null) {
                            //有父类加载器，调用父加载器的loadClass
                            c = parent.loadClass(name, false);
                        } else {
                            //调用Bootstrap Classloader
                            c = findBootstrapClassOrNull(name);
                        }
                    } catch (ClassNotFoundException e) {
                        // ClassNotFoundException thrown if class not found
                        // from the non-null parent class loader
                    }
    
                    if (c == null) {
                        long t1 = System.nanoTime();
                        //到自己指定类加载路径下查找是否有class字节码
                        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;
            }
        }

通过这种层级我们可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子类加载器再加载一次。其次也考虑到安全因素，比如我们自己写一个java.lang.String的类，通过双亲委派机制传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载我们新写的java.lang.String，而直接返回已加载过的String.class，这样保证生成的对象是同一种类型．

## 自定义类加载器 ##

除了jvm自身提供的类加载器，我们还可以自定义类加载器，我们先写一个Person类

public class Person {
    
      private int age;
    
      private String name;
    
      //省略getter/setter方法
    }

我们先看他是由哪个类加载器加载的．

public class TestJava {
    
      public static void main(String[] args) throws Exception {
        Person person = new Person();
        System.out.println("person是由" + person.getClass().getClassLoader() + "加载的");
      }
    }

运行结果如下：  
![图片描述][3888345849-5c725d1aa92f3_articlex]

我们把Person.class放置在其他目录下

![图片描述][698294598-5c7264b107297_articlex]

再运行会发生什么，在上面的loadClass方法中其实已经有了答案，会抛出ClassNotFoundException，因为在指定路径下查找不到字节码．

我们现在写一个自定义的类加载器，让他能够去加载person类，很简单，我们只需要继承ClassLoader并重写findClass方法，这里面写查找字节码的逻辑．

public class PersonCustomClassLoader extends ClassLoader {
    
      private String classPath;
    
      public PersonCustomClassLoader(String classPath) {
        this.classPath = classPath;
      }
    
      private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
        name = name.replaceAll("\\.", "/");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
            + ".class");
        int len = fis.available();
        byte[] data = new byte[len];
        fis.read(data);
        fis.close();
        return data;
    
      }
    
      protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
          byte[] data = loadByte(name);
          return defineClass(name, data, 0, data.length);
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
          throw new ClassNotFoundException();
        }
      }
    }

我们来测试一下：

public class TestJava {
    
      public static void main(String[] args) throws Exception {
        PersonCustomClassLoader classLoader = new PersonCustomClassLoader("/home/shenxinjian");
        Class<?> pClass = classLoader.loadClass("me.shenxinjian.algorithm.Person");
        System.out.println("person是由" + pClass.getClassLoader() + "类加载器加载的");
    
      }
    }

测试结果如下：  
![图片描述][2244677001-5c7264369f2b4_articlex]

## 编写自定义类加载器的意义 ##

*  当class文件不在classPath路径下，如上面那种情况，默认系统类加载器无法找到该class文件，在这种情况下我们需要实现一个自定义的classLoader来加载特定路径下的class文件来生成class对象。
 *  当一个class文件是通过网络传输并且可能会进行相应的加密操作时，需要先对class文件进行相应的解密后再加载到JVM内存中，这种情况下也需要编写自定义的ClassLoader并实现相应的逻辑

[3888345849-5c725d1aa92f3_articlex]: /images/20220307/b240b81208ca44029628400baaeaae9c.png
[698294598-5c7264b107297_articlex]: /images/20220307/670c53b4b50043a4856e89fdad9b74b1.png
[2244677001-5c7264369f2b4_articlex]: /images/20220307/d28c6dc3f0b749f784658432de0918a8.png