类加载器详解

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-09-09 00:29 87阅读 0赞

# 类加载器的分类 #

JVM支持两种类型的类加载器,分别为引导类加载器(BootstrapClassLoader)和自定义类加载器(User-Defined ClassLoader)

从概念上来讲, 自定义类加载器一般指的是程序中由开发人员自定义的一类,类加载器,但是Java虚拟机规范却没有这么定义,而是将**所有派生于抽象类ClassLoader的类加载器都划分为自定义类加载器**

无论类加载器的类型如何划分,在程序中我们最常见的类加载器始终只有3个,如下所示:

![image-20210826073741259][]

所以具体为引导类加载器(BootstrapClassLoader)和自定义类加载器（包括ExtensionClassLoader、Application ClassLoader、User Defined ClassLoader）

Application ClassLoader也叫System ClassLoader

![image-20210826074203975][]

可以看出ExtensionClassLoader、APPClassLoader都间接继承了ClassLoader。

四类加载器之间的关系可以看做是阶级关系，分为上下级，并不是子父类的继承关系。

Boot strapClassLoader由C/C++实现的，其他三类加载器是由Java实现的

package com.dongguo.jvm02;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-9:07 * @description: */
    public class ClassLoader1 { 
        public static void main(String[] args) { 
            //获取系统类加载器
            ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
            System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    
            //获取上层 扩展类加载器
            ClassLoader extClassLoader = systemClassLoader.getParent();
            System.out.println(extClassLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586
    
            //获取上层 引用类加载器 获取不到引用类加载器
            ClassLoader bootStrapClassLoader = extClassLoader.getParent();
            System.out.println(bootStrapClassLoader);//null
    
            //对于用户自定义类使用的加载器 默认使用系统类加载器加载
            ClassLoader classLoader = ClassLoader1.class.getClassLoader();
            System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    
            //String类使用引导类加载器加载，Java核心类库都是使用引导类加载器加载
            ClassLoader StringClassLoader = String.class.getClassLoader();
            System.out.println(StringClassLoader);//null
        }
    }

## 虚拟机自带的加载器 ##

### 启动类加载器（引导类加载器 BootStrap ClassLoader） ###

这个类加载使用C/C++语言实现的,嵌套在JVM内部。

它用来加载Java的核心库(JAVA HOME/jre/lib/rt.jar.resources.jar或sun.boot.class. path路径下的内容) ,用于提供JVM自身需要的类

并不继承自java.lang.ClassLoader,没有父加载器。

加载扩展类和应用程序类加载器,并指定为他们的父类加载器。

出于安全考虑, Bootstrap启动类加载器只加载包名为java, javax.sun等开头的类

### 扩展类加载器（Extension ClassLoader） ###

Java语言编写,由sun.misc. Launcher$ExtclassLoader实现

派生于ClassLoader类

父类加载器为启动类加载器

从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库,或从JDK的安装目录的jre/lib/ext子目录(扩展目录)下加载类库。如果用户创建的JAR放在此目录下,也会自动由扩展类加载器加载。

### 应用类加载器（系统类加载器 AppClassLoader） ###

java语言编写,由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现

派生于classLoader类

父类加载器为扩展类加载器

它负责加载环境变量classpath或系统属性java.class.path指定路径下的类库

该类加载是程序中默认的类加载器,一般来说, Java应用的类都是由它来完成加载

通过ClassLoader\#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器

package com.dongguo.jvm02;
    
    import com.sun.net.ssl.internal.ssl.Provider;
    import sun.misc.Launcher;
    
    import java.net.URL;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-9:27 * @description: */
    public class ClassLoader2 { 
        public static void main(String[] args) { 
            System.out.println("------启动类加载器------");
            //获取BootStrapClassLoader能够加载的API的路径
            URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
            for (URL url : urLs) { 
                System.out.println(url.toExternalForm());
            }
            /* ------启动类加载器------ file:/E:/software/java/jdk/jre/lib/resources.jar file:/E:/software/java/jdk/jre/lib/rt.jar file:/E:/software/java/jdk/jre/lib/sunrsasign.jar file:/E:/software/java/jdk/jre/lib/jsse.jar file:/E:/software/java/jdk/jre/lib/jce.jar file:/E:/software/java/jdk/jre/lib/charsets.jar file:/E:/software/java/jdk/jre/lib/jfr.jar file:/E:/software/java/jdk/jre/classes */
            //从上面的路径中随意选择一个类，查看使用的类加载器
            ClassLoader classLoader = Provider.class.getClassLoader();
            System.out.println(classLoader);//null //说明使用的是BootStrapClassLoader加载
        }
    }

![image-20210826094240834][]

package com.dongguo.jvm02;
    
    import sun.misc.Launcher;
    import sun.security.ec.ECKeyFactory;
    
    import java.net.URL;
    import java.security.interfaces.ECKey;
    import java.util.Properties;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-9:47 * @description: */
    public class ClassLoader3 { 
        public static void main(String[] args) { 
            System.out.println("------扩展类加载器------");
            //获取SystemClassLoader能够加载的API的路径
            String extDirs = System.getProperty("java.ext.dirs");
            for (String path : extDirs.split(";")) { 
                System.out.println(path);
            }
            /* ------扩展类加载器------ E:\software\java\jdk\jre\lib\ext C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext */
            //从上面的路径中随意选择一个类，查看使用的类加载器
            ClassLoader classLoader = ECKeyFactory.class.getClassLoader();
            System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586 //扩展类加载器
        }
    }

![image-20210826095309409][]

## 用户自定义的加载器 ##

### 用户自定义类加载器 ###

在Java的日常应用程序开发中,类的加载几乎是由上述3种类加载器相互配合执行的,在必要时,我们还可以自定义类加载器,来定制类的加载方式

#### 为什么要自定义类加载器? ####

> 隔离加载类
> 
> 修改类加载的方式
> 
> 扩展加载源
> 
> 防止源码泄漏

#### 用户自定义类加载器实现步骤: ####

1,开发人员可以通过继承抽象类java . lang.ClassLoader类的方式,实现自己的类加载器,以满足一些特殊的需求

2,在JDK1.2之前,在自定义类加载器时,总会去继承ClassLoader类并重写loadClass ()方法,从而实现自定义的类加载类,但是在JDK1.2之后已不再建议用户去覆盖loadClass ()方法,而是建议把自定义的类加载逻辑写在findClass ()方法中

3·在编写自定义类加载器时,如果没有太过于复杂的需求,可以直接继承URLCIassLoader类,这样就可以避免自己去编写findclass ()方法及其获取字节码流的方式,使自定义类加载器编写更加简洁。

**自定义用户类加载器大致流程**

package com.dongguo.jvm02;
    
    import java.io.FileNotFoundException;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-10:01 * @description: 自定义用户类加载器大致流程 */
    public class CustomClassLoader extends ClassLoader { 
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
            try { 
    
                byte[] result = getClassFromCustomPath(name);
                if (result == null) { 
                    throw new FileNotFoundException();
                } else { 
                    return defineClass(name, result, 0, result.length);
                }
            } catch (FileNotFoundException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
            throw new ClassNotFoundException();
        }
    
        private byte[] getClassFromCustomPath(String name) { 
            //细节略
            //根据路径读取二进制流的方式将指定类读取到内存中形成字节数组
            //如果指定路径的字节码文件进行了加,则需要在此方法中进行解密操作。
            return null;
        }
        public static void main(String[] args) { 
            CustomClassLoader customClassLoader = new CustomClassLoader();
            try { 
                Class<?> clazz = Class.forName("your class path", true, customClassLoader);
                Object obj = clazz.newInstance();
                System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
            } catch (Exception e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

## 关于ClassLoader ##

ClassLoader类,它是一个抽象类,其后所有的类加载器都继承自ClassLoader (不包括启动类加载器)

![image-20210826101617539][]

### 获取ClassLoader的途径 ###

![image-20210826101756258][]

package com.dongguo.jvm02;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-10:18 * @description: 获取ClassLoader */
    public class ClassLoader4 { 
        public static void main(String[] args) { 
            try { 
                //第一种方法
                ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.String").getClassLoader();
                System.out.println(classLoader1);
                //第二种
                ClassLoader classLoader2 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
                System.out.println(classLoader2);
                //第三种
                ClassLoader classLoader3 = ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
                System.out.println(classLoader3);
            } catch (ClassNotFoundException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    运行结果
    null
    sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586

# 类加载器的特点 #

**1.全盘负责**：当一个类加载器加载一个类时，该类所依赖的其他类也会被这个类加载器加载到内存中。  
**2.缓存机制**：所有的Class对象都会被缓存，当程序需要使用某个Class时，类加载器先从缓存中查找，找不到，才从class文件中读取数据，转化成Class对象，存入缓存中。

**3.双亲委派机制**

## 双亲委派机制 ##

Java虚拟机对class文件采用的是按需加载的方式,也就是说当需要使用该类时才会将它的class文件加载到内存生成class对象。而且加载某个类的class文件时, Java虚拟机采用的是双亲委派模式,即把请求交由父类处理,它是一种任务委派模式。

### 工作原理 ###

![image-20210826111921911][]

1)如果一个类加载器收到了类加载请求,它并不会自己先去加载,而是把这个请求委托给父类的加载器去执行

2)如果父类加载器还存在其父类加载器,则进一步向上委托,依次递归,请求最终将到达项层的启动类加载器;

3)如果父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回,倘若父类加载器无法完成此加载任务,子加载器才会尝试自己去加载,这就是双亲委派模式。

自己创建一个java.lang.String类

调用自定义的String

package com.dongguo.jvm02;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-11:20 * @description: */
    public class StringTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            //如果使用自定义的String,会输出静态代码块的内容
            java.lang.String str = new java.lang.String();
            System.out.println("Hello JVM");
        }
    }
    运行结果：
    Hello JVM

发现并没有输出自定义String类的静态代码块内容，说明并非使用的自定义的String类

没有加载自定义的String类，使用的还是核心api中的String类

尝试运行自定义的String类

package java.lang;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-11:22 * @description: 自定义的String类 */
    public class String { 
        static { 
            System.out.println("执行自定义的String类的静态代码快");
        }
    
        public static void main(String[] args) { 
            System.out.println("启动自定义的String类");
        }
    }

![image-20210826113457186][]

类加载器加载自定义的类的加载请求时，由于双亲委派机制，加载请求到达引导类加载器，引导类加载器会去加载Java核心库自带的String类，String类并没有main方法，因此报错

整个过程并没有加载自定义的java.lang.String类

### 反向委托 ###

![image-20210826114147678][]

当类加载器加载第三方接口提供的jar时，

比如SPI接口，SPI属于核心api，首先通过双亲委托机制将类加载请求委托到引导类加载器，引用类加载器加载rt.jar 的SPI核心类，SPI接口中使用有第三方的jar包jdbc.jar。第三方的jar需要使用应用类加载器去加载，这个步骤就叫反向委派，通过线程上下文类加载器（通过调用当前线程的getContextClassLoader（）方法获得\*\*`Thread.currentThread().getContextClassLoader();`\*\*）线程上下文类加载器就是应用类加载器

### 优势 ###

避免类的重复加载

保护程序安全,防止核心AP1被随意篡改

`自定义类: java.lang.String`

`自定义类: java.lang.Shkstart`

在自己创建的java.lang包下创建一个类Shkstart，运行

package java.lang;
    
    /** * @author Dongguo * @date 2021/8/26 0026-11:55 * @description: */
    public class Shkstart { 
        public static void main(String[] args) { 
            System.out.println("hello");
        }
    }

![image-20210826115701170][]

提示禁止使用包名java.lang，通过双亲委派机制引用类加载器加载Shkstart，发现Shkstart是自定义的类，为防止核心AP1被随意篡改，发生报错。

### 沙箱安全机制 ###

自定义string类,但是在加载自定义string类的时候会率先使用引导类加载器加载,而引导类加载器在加载的过程中会先加载jdk自带的文件’(rt.jar包中java\\lang\\string.class) ,报错信息说没有main方法,就是因为加载的是rt.jar包中的string类。这样可以保证对java核心源代码的保护,这就是沙箱安全机制。

### 其它 ###

#### 判断两个Class对象是否为同一个类 ####

在JVM中表示两个Class对象是否为同一个类存在两个必要条件:

类的完整类名必须一致,包括包名。

加载这个类的Classoader (指ClassLoader实例对象)必须相同。

换句话说,在JVM中,即使这两个类对象(class对象)来源同一个Class文件,被同一个虚拟机所加载,但只要加载它们的ClassLoader实例对象不同,那么这两个类对象也是不相等的。

#### 对类加载器的引用 ####

JVM必须知道一个类型是由启动加载器加载的还是由用户类加载器加载的。如果一个类型是由用户类加载器加载的,那么JVM会将这个类加载器的一个引用作为类型信息的一部分保存在方法区中。当解析一个类型到另一个类型的引用的时候, JVM需要保证这两个类型的类加载器是相同的。

#### 类的主动使用和被动使用 ####

Java程序对类的使用方式分为:主动使用和被动使用。

主动使用,又分为七种情况:

创建类的实例

访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值

调用类的静态方法

反射(比如: Class. forName (“com. atguigu.Test”))

初始化一个类的子类

Java虚拟机启动时被标明为启动类的类

JDK 7开始提供的动态语言支持:java.lang.invoke. MethodHandle实例的解析结果REF getstatic, REF putstatic, REF invokestatic句柄对应的类没有初始化,则初始化

除了以上七种情况,其他使用Java类的方式都被看作是对类的被动使用,都不会导致类的初始化。

[image-20210826073741259]: /images/20220829/58eafd94e42242989716fc4d38f32086.png
[image-20210826074203975]: /images/20220829/8bea9201ccbb4cbca56eb1dc12bd2733.png
[image-20210826094240834]: /images/20220829/dc838070a116442193c14f3b784cd52e.png
[image-20210826095309409]: /images/20220829/a2c9cbb06703423fa4307857ef9b982b.png
[image-20210826101617539]: /images/20220829/9882e05f64d74125b3def7164f7213cd.png
[image-20210826101756258]: /images/20220829/0c37d04fc8164b2494ff17a91c6581fe.png
[image-20210826111921911]: /images/20220829/8d2d07bab29d4ec89698523f87690ad4.png
[image-20210826113457186]: /images/20220829/714cf436a00d4db4a99c0bf288a3998c.png
[image-20210826114147678]: /images/20220829/ca789d80ecde4c95a1dea2ea9b78c554.png
[image-20210826115701170]: /images/20220829/a852e9e4149646aca651d137210f7a79.png