Java ClassLoader学习笔记

二 12th, 2014

ClassLoader是神马?

java程序运行过程:一个java程序都是由一些*.class字节码文件组成。程序的运行,需要从入口函数开始(如main()),调用相关的class文件中的方法,如果该字节码文件找不到,则会抛出系统异常。
 
class文件加载原理:程序启动时,并不会一次性加载程序所要用的所有class文件,而是根据程序的需要,通过Java的类加载机制(ClassLoader)来动态加载某个class文件到内存当中的。只有当class文件被载入到了内存之后,才能被其它class引用。
 
综上:ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。
 

Java默认提供的三个加载器

  1.     BootStrap ClassLoader:称为启动类加载器,是Java类加载层次中最顶层的类加载器,负责加载JDK中的核心类库.
  2.     Extension ClassLoader:称为扩展类加载器,负责加载Java的扩展类库,默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar
  3.     APP ClassLoader:称为系统类加载器,负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。

ClassLoader加载类的原理

ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的,每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用,虚拟机内置的类加载器(Bootstrap ClassLoader)本身没有父类加载器,但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。
 
注:BootstrapClassLoader是jvm内部由c++实现的,并不继承java.lang.ClassLoader类,所以它不属于“ClassLoader 实例”,也没有办法在Java代码中获取到它。在JVM启动时,就已经产生,负责java平台的核心库加载。
 
除 BootstrapClassLoader 外的类加载器加载流程:(伪代码说明)
// 检查类是否已被装载过
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null ) {
     // 指定类未被装载过
     try {
         if (parent != null ) {
             // 如果父类加载器不为空, 则委派给父类加载
             c = parent.loadClass(name, false );
         } else {
             // 如果父类加载器为空, 则委派给启动类加载加载
             c = findBootstrapClass0(name);
         }
     } catch (ClassNotFoundException e) {
         // 启动类加载器或父类加载器抛出异常后, 当前类加载器将其
         // 捕获, 并通过findClass方法, 由自身加载
         c = findClass(name);
     }
}
:当一个ClassLoader实例需要加载某个类时,它会试图亲自搜索某个类之前,先把这个任务委托给它的父类加载器,这个过程是由上至下依次检查的。
首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载,如果没加载到,则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载,如果也没加载到,则转交给App ClassLoader 进行加载,如果它也没有加载得到的话,则返回给委托的发起者,由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。
如果它们都没有加载到这个类时,则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义,并将它加载到内存当中,最后返回这个类在内存中的Class实例对象。
 
ClassLoader的体系架构:
NewImage
 

类加载器的特性

  1. 每个ClassLoader都维护了一份自己的名称空间,同一个名称空间里不能出现两个同名的类。
  2. 为了实现java安全沙箱模型顶层的类加载器安全机制, java默认采用了 ”双亲委派的加载链 “ 结构.
 
1. ClassLoader如何判定两个class是相同的呢?
JVM在判定两个class是否相同时,不仅要判断两个类名是否相同,而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下,JVM才认为这两个class是相同的。就算两个class是同一份class字节码,如果被两个不同的ClassLoader实例所加载,JVM也会认为它们是两个不同class。比如网络上的一个Java类org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple,javac编译之后生成字节码文件NetClassLoaderSimple.class,ClassLoaderA和ClassLoaderB这两个类加载器并读取了NetClassLoaderSimple.class文件,并分别定义出了java.lang.Class实例来表示这个类,对于JVM来说,它们是两个不同的实例对象,但它们确实是同一份字节码文件,如果试图将这个Class实例生成具体的对象进行转换时,就会抛运行时异常java.lang.ClassCaseException,提示这是两个不同的类型。
 
2. 为什么要使用双亲委托这种模型呢?
    因为这样可以避免重复加载,当父亲已经加载了该类的时候,就没有必要子ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素,我们试想一下,如果不使用这种委托模式,那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型,这样会存在非常大的安全隐患,而双亲委托的方式,就可以避免这种情况,因为String已经在启动时就被引导类加载器(Bootstrcp ClassLoader)加载,所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String,除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法。

定义自已的ClassLoader

Java中提供的默认ClassLoader,只加载指定目录下的jar和class,如果我们想加载其它位置的类或jar时,比如:我要加载网络上的一个class文件,通过动态加载到内存之后,要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这样的情况下,默认的ClassLoader就不能满足我们的需求了,所以需要定义自己的ClassLoader。
 
定义自已的类加载器分为两步:
1、继承java.lang.ClassLoader
2、重写父类的findClass方法
 
1. 父类有那么多方法,为什么偏偏只重写findClass方法?
因为JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了ClassLoader搜索类的算法,当在loadClass方法中搜索不到类时,loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类,所以我们只需重写该方法即可。 
 
参考:




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