Java虛擬機學習（10）：類加載器(ClassLoader)

冬O_O煦 2016-11-19

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來源：java2000_wl
鏈接：blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8222876

類加載器(ClassLoader)用來加載 class字節(jié)碼到 Java 虛擬機中。一般來說，Java 虛擬機使用 Java 類的方式如下：Java 源文件在經(jīng)過 Javac之后就被轉換成 Java 字節(jié)碼文件(.class 文件)。類加載器負責讀取 Java 字節(jié)代碼，并轉換成 java.lang.Class 類的一個實例。每一個這樣的實例用來表示一個 Java 類。實際的情況可能更加復雜，比如 Java 字節(jié)代碼可能是通過工具動態(tài)生成的，也可能是通過網(wǎng)絡下載。

類與類加載器

類加載器雖然只用于實現(xiàn)類的加載動作，但它在Java程序中起到的作用卻遠遠不限于類加載階段。對于任意一個類，都需要由加載它的類加載器和這個類本身一同確立其在Java虛擬中的唯一性。說通俗一些，比較兩個類是否“相等”，只有在兩個類是由同一個類加載器的前提之下才有意義，否則，即使這兩個類來源于同一個class文件，只要加載它的類加載器不同，那這兩個類必定不相等。這里所指的“相等”包括代表類的Class對象的equal方法、isAssignableFrom()、isInstance()方法及instance關鍵字返回的結果。

類加載器分類：

主要分為Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、Application ClassLoader和User Defined ClassLoader。

啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader)：

這個類加載器使用C++語言實現(xiàn)，并非ClassLoader的子類。主要負責加載存放在JAVA_HOME / jre / lib / rt.jar里面所有的class文件，或者被-Xbootclasspath參數(shù)所指定路徑中以rt.jar命名的文件。

擴展類加載器(Extension ClassLoader)：

這個加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現(xiàn)，它負責加載AVA_HOME / lib / ext目錄中的，或者被java.ext.dirs系統(tǒng)變量所指定的路徑中的所有類庫。

應用程序類加載器(Application ClassLoader)：

這個加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實現(xiàn)，它負責加載classpath對應的jar及目錄。一般情況下這個就是程序中默認的類加載器。

自定義類加載器(User Defined ClassLoader)：

開發(fā)人員繼承ClassLoader抽象類自行實現(xiàn)的類加載器，基于自行開發(fā)的ClassLoader可用于并非加載classpath中(例如從網(wǎng)絡上下載的jar或二進制字節(jié)碼)、還可以在加載class文件之前做些小動作如：加密等。

雙親委托模型：

上圖中所展示的類加載器之間的這種層次關系，就稱為類加載器的雙親委托模型。雙親委托模型要求除了頂層的啟動類加載器外，其余的類加載器都應當有自己的父類加載器。這里類加載器之間的父子關系一般不會以繼承的關系來實現(xiàn)，而是使用組合關系來復用父加載器的代碼。

public abstract class ClassLoader {

private static native void registerNatives();
static {
registerNatives();
}

// The parent class loader for delegation
private ClassLoader parent;

// Hashtable that maps packages to certs
private Hashtable package2certs = new Hashtable(11);
}

雙親委托的工作過程：如果一個類加載器收到了一個類加載請求，它首先不會自己去加載這個類，而是把這個請求委托給父類加載器去完成，每一個層次的類加載器都是如此，因此所有的加載請求最終都應該傳送到頂層的啟動類加載器中，只有當父類加載器反饋自己無法完成加載請求(它管理的范圍之中沒有這個類)時，子加載器才會嘗試著自己去加載。

使用雙親委托模型來組織類加載器之間的關系，有一個顯而易見的好處就是Java類隨著它的類加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級的層次關系，例如java.lang.Object存放在rt.jar之中，無論那個類加載器要加載這個類，最終都是委托給啟動類加載器進行加載，因此Object類在程序的各種類加載器環(huán)境中都是同一個類，相反，如果沒有雙親委托模型，由各個類加載器去完成的話，如果用戶自己寫一個名為java.lang.Object的類，并放在classpath中，應用程序中可能會出現(xiàn)多個不同的Object類，java類型體系中最基本安全行為也就無法保證。

類加載器SPI：

java.lang.ClassLoader 類提供的幾個關鍵方法：

loadClass：此方法負責加載指定名字的類，首先會從已加載的類中去尋找，如果沒有找到；從parent ClassLoader[ExtClassLoader]中加載；如果沒有加載到，則從Bootstrap ClassLoader中嘗試加載(findBootstrapClassOrNull方法), 如果還是加載失敗，則拋出異常ClassNotFoundException, 在調(diào)用自己的findClass方法進行加載。如果要改變類的加載順序可以覆蓋此方法；如果加載順序相同，則可以通過覆蓋findClass方法來做特殊處理，例如：解密，固定路徑尋找等。當通過整個尋找類的過程仍然未獲取Class對象，則拋出ClassNotFoundException異常。

如果類需要resolve，在調(diào)用resolveClass進行鏈接。

protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// First, check if the class has already been loaded
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
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.
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}

findLoadedClass 此方法負責從當前ClassLoader實例對象的緩存中尋找已加載的類，調(diào)用的為native方法。

protected final Class findLoadedClass(String name) {
(!checkName(name))
return null;
urn findLoadedClass0(name);
}

private native final Class findLoadedClass0(String name);

findClass 此方法直接拋出ClassNotFoundException異常，因此要通過覆蓋loadClass或此方法來以自定義的方式加載相應的類。

protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
ow new ClassNotFoundException(name);
}

findSystemClass 此方法是從sun.misc.Launcher$AppClassLoader中尋找類，如果未找到，則繼續(xù)從BootstrapClassLoader中尋找，如果仍然未找到，返回null

protected final Class findSystemClass(String name)
throws ClassNotFoundException
{
ClassLoader system = getSystemClassLoader();
if (system == null) {
if (!checkName(name))
throw new ClassNotFoundException(name);
Class cls = findBootstrapClass(name);
if (cls == null) {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
return cls;
}
return system.loadClass(name);
}

defineClass 此方法負責將二進制字節(jié)流轉換為Class對象，這個方法對于自定義類加載器而言非常重要。如果二進制的字節(jié)碼的格式不符合jvm class文件格式規(guī)范，則拋出ClassFormatError異常；如果生成的類名和二進制字節(jié)碼不同，則拋出NoClassDefFoundError；如果加載的class是受保護的、采用不同簽名的，或者類名是以java.開頭的，則拋出SecurityException異常。

protected final Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,
ProtectionDomain protectionDomain)
throws ClassFormatError
{
return defineClassCond(name, b, off, len, protectionDomain, true);
}

// Private method w/ an extra argument for skipping class verification
private final Class defineClassCond(String name,
byte[] b, int off, int len,
ProtectionDomain protectionDomain,
boolean verify)
throws ClassFormatError
{
protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);

Class c = null;
String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);

try {
c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source,
verify);
} catch (ClassFormatError cfe) {
c = defineTransformedClass(name, b, off, len, protectionDomain, cfe,
source, verify);
}

postDefineClass(c, protectionDomain);
return c;
}