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Java类加载机制ClassLoader

2020-08-13 分类：Java汇总 阅读(559)

本文章参考了此链接的内容：http://blog.csdn.net/xyang81/article/details/7292380、http://blog.csdn.net/briblue/article/details/54973413

1. Java的类加载器

  • 1）Bootstrap ClassLoader： Bootstrap ClassLoader称为启动类加载器，是由C++编写并已经嵌入到JVM内核中的最顶层的类加载器。它负责加载Java中的核心类库，如%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。
  • 2）Extention ClassLoader： Extention ClassLoader称为扩展的类加载器，例如可以加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件。
  • 3）App ClassLoader： 称为系统类加载器，负责加载当前应用的classpath路径下的所有类。

1.1 加载顺序

如上所示顺序依次加载，每个类加载器都有一个父加载器，注意父加载器不是继承关系。我们通过以下程序可以看出类加载器的层级：

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = SimpleObject.class.getClassLoader();
        System.out.println("simpleObjectClassLoader:"+classLoader.toString());
        System.out.println("parent:"+classLoader.getParent().toString());
        System.out.println("grandParent:"+classLoader.getParent().getParent().toString());
    }

打印日志如下：

simpleObjectClassLoader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
parent:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@677327b6
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    at com.kk.MainTest.main(MainTest.java:10)

以上日志可以看出，我们自己实现的类SimpleObject的类加载器是AppClassLoader，而AppClassLoader的父加载器是ExtClassLoader，ExtClassLoader的父加载器则报错：NullPointerException，报空指针异常，说明ExtClassLoader不存在父加载器。

86_1.png但是父加载类不代表父类，由上图可以看出，ExtClassLoader、AppClassLoader都继承与URLClassLoader，而不是父子关系。那么为什么ExtClassLoader会是AppClassLoader的父加载类？在ClassLoader的构造函数中：

private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
    this.parent = parent;
    ...
}

parent的赋值是在ClassLoader对象的构造方法中，它有两个情况：

1、 由外部类创建ClassLoader时直接指定一个ClassLoader为parent。
2、 由getSystemClassLoader()方法生成，也就是在sun.misc.Laucher通过getClassLoader()获取，也就是AppClassLoader。直白的说，一个ClassLoader创建时如果没有指定parent，那么它的parent默认就是AppClassLoader。

我们可以看到ClassLoader的父加载器是在构造函数中指定的，那么AppClassLoader的构造函数中传入了ExtClassLoader，但是ExtClassLoader的构造器传入的为null。

1.2 双亲委托

ClassLoader是通过双亲委托模式查找类的，当一个ClassLoader实例开始加载一个类时，它会在搜索这个类之前首先将这个任务递交给它的父加载器，这个过程是由上至下的：

首先，由Bootstrap ClassLoader加载该类，如果没有加载成功，则交给ExtClassLoader加载，如果ExtClassLoader也未加载成功，则交给AppClassLoader加载，如果AppClassLoader也没有找到，则交给发起这个加载任务的ClassLoader实例，如果仍然找不到，则会抛出ClassNotFound异常。

但是为什么这样做呢？

试想这样一种情景，如果加载顺序不是由上至下，而是反过来首先由加载动作的发起者来查找的话，会发生什么：如果我们自定义了String类，那JVM启动后需要加载String类时就会去加载我们自定义的String类，而没有加载JDK中的String，这样的操作可能会对系统造成毁灭性的影响。所以为了皮面这种情况发生，类的加载是从Bootstrap ClassLoader开始，一路向下，在Bootstrap ClassLoader中加载了JDK中的String后就不会再去加载我们自定义的String。

86_2.png

2. 自定义类加载器

首先我们看一下ClassLoader抽象类中的核心方法loadClass：

    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 {
            //与上面讲的一样，试图递交给父类加载器去加载
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
          //如果父类加载器也无法找到，则交给Bootstrap ClassLoader处理
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                    //如果仍然没有找到该类，则该类可能不在应用路径下，如通过网络地址找到该类等，这里就需要我们去重写findClass()方法去自定义类加载方法
                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;
        }
    }


package com.kk;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;

public class NetworkClassLoader extends  ClassLoader {
    private String classURL;

    public NetworkClassLoader(ClassLoader parent,String classURL) {
        super(parent);
        this.classURL = classURL;
    }

    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        String className = Thread.currentThread().getStackTrace()[2].getClassName();
        String methodName = Thread.currentThread().getStackTrace()[2].getMethodName();
        int lineNumber = Thread.currentThread().getStackTrace()[2].getLineNumber();

        System.out.println("className:"+className);
        System.out.println("methodName:"+methodName);
        System.out.println("lineNumber:"+lineNumber);
            // First, check if the class has already been loaded
            if (name!=null){
                System.out.println("自定义");
                Class<?> clazz = findLoadedClass(name);
                if (clazz == null)
                    clazz = findClass(name);
                System.out.println("clazz:"+clazz);
                if (resolve)
                    resolveClass(clazz);
                return clazz;
            }

        return super.loadClass(name,resolve);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = null;
        byte[] classData = getClassDataFromURL(name);
        if (classData == null)
            throw new ClassNotFoundException();
        //在第一次获取了远程指定的类后又通过下面的方法调用了ClassLoader的loadClass调用/javax/servlet/http/HttpServlet.class，为什么？
        clazz = defineClass(name,classData,0,classData.length);
        System.out.println("转换成功");
        return clazz;
    }

    private  byte[] getClassDataFromURL(String name){
        InputStream inputStream = null;
        String path = className2Path(name);
        System.out.println("loadPath:"+path);
        try {
            URL url = new URL(path);
            byte[] buff = new byte[1024*4];
            int len = -1;
            inputStream = url.openStream();
            ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
            while((len = inputStream.read(buff)) != -1) {
                byteArrayOutputStream.write(buff,0,len);
            }
            System.out.println("get data succ:"+byteArrayOutputStream.size());
            return byteArrayOutputStream.toByteArray();
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            if (inputStream != null){
                try {
                    inputStream.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return null;
    }

    private String className2Path(String className){
        if (className.contains("."))
            className = className.replace(".","/");
        return this.classURL+"/"+className+".class";
    }
}

测试：

package com.kk;

public class MainTest {
    public MainTest() {
    }
    public static void main(String[] args) {
        String url = "http://139.199.170.95";
        String className = "HelloWorldExample";
        NetworkClassLoader networkClassLoader = new NetworkClassLoader(Thread.currentThread().getContextClassLoader(),url);
        try {
            Class clazz = networkClassLoader.loadClass(className,false);
            System.out.println("classLoader:"+clazz.getClassLoader());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

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