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ClassLoader原理分析

时间:2016-05-04 17:25:58      阅读:341      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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前文:Java中的所有类,必须被装载到jvm中才能运行,这个装载工作是由jvm中的类装载器完成的。
类装载器所做的工作实质是把类文件从硬盘读取到jvm运行内存中,或者从网络中读取到jvm运行内存中
JVM在加载类的时候,都是通过ClassLoaderloadClass()方法来加载class的。
 
例如:
public class TestClassLoader {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(TestClassLoader.class.getClassLoader());
    }
}

 运行结果:

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4e0e2f2a

 

但是ClassLoader是怎样加载class的呢?

 

一、java ClassLoader体系

Java默认是有三个ClassLoader,按层次关系从上到下依次是:

  • Bootstrap ClassLoader
  • ExtClassLoader
  • AppClassLoader
 
 
Bootstrap ClassLoader是最顶层的ClassLoader,比较特殊,是用C++编写集成在JVM中的,是JVM启动的时候用来加载一些核心类的,比如:rt.jar,resources.jar,charsets.jar,jce.jar 
import java.net.URL;

public class TestClassLoader {

    public static void main(String[] args) {
        URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {  
            System.out.println(urls[i].toExternalForm());  
        }
    }
}

运行结果为:

 

file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_73/classes

 

 

Bootstrap ClassLoader加载的类全都是java自有的核心类。

ExtClassLoader、AppClassLoader都是继承自Bootstrap ClassLoader。

 

ExtClassLoader是用来加载扩展类加载器,负责加载Java的扩展类库,默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目录下的所有的jar

 

AppClassLoader叫做系统类加载器,负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件,包括我们平时运行jar包指定cp参数下的jar包

 
我们问题是,虽然有三个类加载器,但是jvm怎样知道一个java 类是哪个ClassLoader来加载的呢,使用什么规则或者算法?
 
 
二、ClassLoader双亲委派模式
通过查看java.lang.ClassLoader(所有的类加载器都是继承该类)的
public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException ;
又调用了protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException;
 
 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 {
                    //如果父加载器不为空,使用父加载器加载class
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //如果父加载器也为空,使用bootstarpClassLoader加载
                        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();
                    //如果还为空,调用自定义的加载方法
                    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;
        }
    }

 

这时问题是,parent是什么?

public abstract class ClassLoader {

    // The parent class loader for delegation
    private final ClassLoader parent;
    
    ...
}

 

 

原来ClassLoader内部使用了父加载器,这就是双亲委托模式。

如图所示:

技术分享

 
当前类加载器先不加载class,委托给父加载器加载class,如果父加载器没有加载成功,本类加载器再加载class。
 
可以使用下面代码测试下:
public class TestClassLoader {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader loader = MyAppClassLoader.class.getClassLoader();
        while(loader != null) {
            System.out.println(loader);
            loader = loader.getParent();   
        }
        System.out.println(loader);
    }
}

 运行结果为:

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4e0e2f2a
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@2a139a55
null

 

 

这样做的好处是:
为了安全性,避免用户自己编写的类动态替换Java的一些核心类,比如String,同时也避免了重复加载,因为JVM中区分不同类,不仅仅是根据类名,相同的class文件被不同的ClassLoader加载就是不同的两个类,如果相互转型的话会抛java.lang.ClassCaseException
 
三、自定义ClassLoader
通常我们不需要自己实现ClassLoader,但是在一些特殊的场景需要自定义ClassLoader,比如tomcat加载webApp下面的Class,或者一些RPC框架,我们需要继承java.lang.ClassLoader ,
比如:
public class MyAppClassLoader extends ClassLoader{
    @Override
    public Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        //从特殊路径下读取class,或者从网络中读取class,不管咋样,实现自己的方法,返回加载class
        
        //...
    }
}

 

 四、ContextLoader当前classLoader

首先关于类的加载补充一点就是如果类A是被一个加载器加载的,那么类A中引用的B也是由这个加载器加载的(如果B还没有被加载的话),通常情况下就是类B必须在类A的classpath下。

但是考虑多线程环境下不同的对象可能是由不同的ClassLoader加载的,那么当一个由ClassLoaderC加载的对象A从一个线程被传到另一个线程ThreadB中,而ThreadB是由ClassLoaderD加载的,这时候如果A想获取除了自己的classpath以外的资源的话,它就可以通过Thread.currentThread().getContextClassLoader()来获取线程上下文的ClassLoader了,一般就是ClassLoaderD了,可以通过Thread.currentThread().setContextClassLoader(ClassLoader)来显示的设置

之所以有Context ClassLoader是因为Java的这种“双亲委托”机制是有局限性的:

比如: JNDI为例,JNDI的类是由bootstrap ClassLoader从rt.jar中间载入的,但是JNDI具体的核心驱动是由正式的实现提供的,并且通常会处于-cp参数之下(注:也就是默认的System ClassLoader管理),这就要求bootstartp ClassLoader去载入只有SystemClassLoader可见的类,正常的逻辑就没办法处理。怎么办呢?parent可以通过获得当前调用Thread的方法获得调用线程的>Context ClassLoder 来载入类。

 

TODO ,contextLoader会继续补充,待完善。

 

ClassLoader原理分析

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原文地址:http://www.cnblogs.com/conge/p/5458901.html

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