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ClassLoader翻譯過來就是類加載器澎嚣,普通的java開發(fā)者其實(shí)用到的不多掐隐,但對(duì)于某些框架開發(fā)者來說卻非常常見。理解ClassLoader的加載機(jī)制造烁,也有利于我們編寫出更高效的代碼锦溪。ClassLoader的具體作用就是將class文件加載到j(luò)vm虛擬機(jī)中去参萄,程序就可以正確運(yùn)行了累驮。但是酣倾,jvm啟動(dòng)的時(shí)候,并不會(huì)一次性加載所有的class文件谤专,而是根據(jù)需要去動(dòng)態(tài)加載躁锡。想想也是的毒租,一次性加載那么多jar包那么多class稚铣,那內(nèi)存不崩潰箱叁。本文的目的也是學(xué)習(xí)ClassLoader這種加載機(jī)制墅垮。
備注:本文篇幅比較長(zhǎng),但內(nèi)容簡(jiǎn)單耕漱,大家不要恐慌算色,安靜地耐心翻閱就是
Class文件的認(rèn)識(shí)
我們都知道在Java中程序是運(yùn)行在虛擬機(jī)中,我們平常用文本編輯器或者是IDE編寫的程序都是.java格式的文件螟够,這是最基礎(chǔ)的源碼灾梦,但這類文件是不能直接運(yùn)行的。如我們編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序HelloWorld.java
public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
System.out.println("Hello world!");
}
}
如圖:
然后妓笙,我們需要在命令行中進(jìn)行java文件的編譯
javac HelloWorld.java
可以看到目錄下生成了.class文件
我們?cè)購(gòu)拿钚兄袌?zhí)行命令:
java HelloWorld
上面是基本代碼示例若河,是所有入門JAVA語(yǔ)言時(shí)都學(xué)過的東西,這里重新拿出來是想讓大家將焦點(diǎn)回到class文件上寞宫,class文件是字節(jié)碼格式文件萧福,java虛擬機(jī)并不能直接識(shí)別我們平常編寫的.java源文件,所以需要javac這個(gè)命令轉(zhuǎn)換成.class文件辈赋。另外鲫忍,如果用C或者PYTHON編寫的程序正確轉(zhuǎn)換成.class文件后,java虛擬機(jī)也是可以識(shí)別運(yùn)行的钥屈。更多信息大家可以參考這篇悟民。
了解了.class文件后,我們?cè)賮硭伎枷屡窬停覀兤匠T贓clipse中編寫的java程序是如何運(yùn)行的射亏,也就是我們自己編寫的各種類是如何被加載到j(luò)vm(java虛擬機(jī))中去的。
你還記得java環(huán)境變量嗎?
初學(xué)java的時(shí)候智润,最害怕的就是下載JDK后要配置環(huán)境變量了银锻,關(guān)鍵是當(dāng)時(shí)不理解,所以戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地照著書籍上或者是網(wǎng)絡(luò)上的介紹進(jìn)行操作做鹰。然后下次再弄的時(shí)候击纬,又忘記了而且是必忘。當(dāng)時(shí)钾麸,心里的想法很氣憤的更振,想著是–這東西一點(diǎn)也不人性化,為什么非要自己配置環(huán)境變量呢饭尝?太不照顧菜鳥和新手了肯腕,很多菜鳥就是因?yàn)榭ㄔ诃h(huán)境變量的配置上,遭受了太多的挫敗感钥平。
因?yàn)槲沂窃赪indows下編程的实撒,所以只講Window平臺(tái)上的環(huán)境變量,主要有3個(gè):JAVA_HOME涉瘾、PATH知态、CLASSPATH。
JAVA_HOME
指的是你JDK安裝的位置立叛,一般默認(rèn)安裝在C盤负敏,如
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_91
PATH
將程序路徑包含在PATH當(dāng)中后,在命令行窗口就可以直接鍵入它的名字了秘蛇,而不再需要鍵入它的全路徑,比如上面代碼中我用的到javac
和java
兩個(gè)命令其做。
一般的
PATH=%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin;%PATH%;
也就是在原來的PATH路徑上添加JDK目錄下的bin目錄和jre目錄的bin.
CLASSPATH
CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%\lib;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar
一看就是指向jar包路徑。
需要注意的是前面的.;
赁还,.
代表當(dāng)前目錄妖泄。
環(huán)境變量的設(shè)置與查看
設(shè)置可以右擊我的電腦,然后點(diǎn)擊屬性艘策,再點(diǎn)擊高級(jí)蹈胡,然后點(diǎn)擊環(huán)境變量,具體不明白的自行查閱文檔柬焕。
查看的話可以打開命令行窗口
echo %JAVA_HOME%
echo %PATH%
echo %CLASSPATH%
好了审残,扯遠(yuǎn)了,知道了環(huán)境變量斑举,特別是CLASSPATH時(shí)搅轿,我們進(jìn)入今天的主題Classloader.
JAVA類加載流程
Java語(yǔ)言系統(tǒng)自帶有三個(gè)類加載器:
-
Bootstrap ClassLoader 最頂層的加載類,主要加載核心類庫(kù)富玷,%JRE_HOME%\lib下的rt.jar璧坟、resources.jar既穆、charsets.jar和class等。另外需要注意的是可以通過啟動(dòng)jvm時(shí)指定-Xbootclasspath和路徑來改變Bootstrap ClassLoader的加載目錄雀鹃。比如
java -Xbootclasspath/a:path
被指定的文件追加到默認(rèn)的bootstrap路徑中幻工。我們可以打開我的電腦,在上面的目錄下查看黎茎,看看這些jar包是不是存在于這個(gè)目錄囊颅。 -
Extention ClassLoader 擴(kuò)展的類加載器,加載目錄%JRE_HOME%\lib\ext目錄下的jar包和class文件傅瞻。還可以加載
-D java.ext.dirs
選項(xiàng)指定的目錄踢代。 - Appclass Loader也稱為SystemAppClass 加載當(dāng)前應(yīng)用的classpath的所有類。
我們上面簡(jiǎn)單介紹了3個(gè)ClassLoader嗅骄。說明了它們加載的路徑胳挎。并且還提到了-Xbootclasspath
和-D java.ext.dirs
這兩個(gè)虛擬機(jī)參數(shù)選項(xiàng)。
加載順序溺森?
我們看到了系統(tǒng)的3個(gè)類加載器慕爬,但我們可能不知道具體哪個(gè)先行呢?
我可以先告訴你答案
1. Bootstrap CLassloder
2. Extention ClassLoader
3. AppClassLoader
為了更好的理解屏积,我們可以查看源碼医窿。
看sun.misc.Launcher,它是一個(gè)java虛擬機(jī)的入口應(yīng)用。
public class Launcher {
private static Launcher launcher = new Launcher();
private static String bootClassPath =
System.getProperty("sun.boot.class.path");
public static Launcher getLauncher() {
return launcher;
}
private ClassLoader loader;
public Launcher() {
// Create the extension class loader
ClassLoader extcl;
try {
extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();
} catch (IOException e) {
throw new InternalError(
"Could not create extension class loader", e);
}
// Now create the class loader to use to launch the application
try {
loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);
} catch (IOException e) {
throw new InternalError(
"Could not create application class loader", e);
}
//設(shè)置AppClassLoader為線程上下文類加載器肾请,這個(gè)文章后面部分講解
Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);
}
/*
* Returns the class loader used to launch the main application.
*/
public ClassLoader getClassLoader() {
return loader;
}
/*
* The class loader used for loading installed extensions.
*/
static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {}
/**
* The class loader used for loading from java.class.path.
* runs in a restricted security context.
*/
static class AppClassLoader extends URLClassLoader {}
源碼有精簡(jiǎn)留搔,我們可以得到相關(guān)的信息更胖。
1. Launcher初始化了ExtClassLoader和AppClassLoader铛铁。
2. Launcher中并沒有看見BootstrapClassLoader,但通過System.getProperty("sun.boot.class.path")
得到了字符串bootClassPath
,這個(gè)應(yīng)該就是BootstrapClassLoader加載的jar包路徑却妨。
我們可以先代碼測(cè)試一下sun.boot.class.path
是什么內(nèi)容饵逐。
System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
得到的結(jié)果是:
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\resources.jar;
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\rt.jar;
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\sunrsasign.jar;
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\jsse.jar;
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\jce.jar;
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\charsets.jar;
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\jfr.jar;
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\classes
可以看到,這些全是JRE目錄下的jar包或者是class文件彪标。
ExtClassLoader源碼
如果你有足夠的好奇心倍权,你應(yīng)該會(huì)對(duì)它的源碼感興趣
/*
* The class loader used for loading installed extensions.
*/
static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {
static {
ClassLoader.registerAsParallelCapable();
}
/**
* create an ExtClassLoader. The ExtClassLoader is created
* within a context that limits which files it can read
*/
public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException
{
final File[] dirs = getExtDirs();
try {
// Prior implementations of this doPrivileged() block supplied
// aa synthesized ACC via a call to the private method
// ExtClassLoader.getContext().
return AccessController.doPrivileged(
new PrivilegedExceptionAction<ExtClassLoader>() {
public ExtClassLoader run() throws IOException {
int len = dirs.length;
for (int i = 0; i < len; i++) {
MetaIndex.registerDirectory(dirs[i]);
}
return new ExtClassLoader(dirs);
}
});
} catch (java.security.PrivilegedActionException e) {
throw (IOException) e.getException();
}
}
private static File[] getExtDirs() {
String s = System.getProperty("java.ext.dirs");
File[] dirs;
if (s != null) {
StringTokenizer st =
new StringTokenizer(s, File.pathSeparator);
int count = st.countTokens();
dirs = new File[count];
for (int i = 0; i < count; i++) {
dirs[i] = new File(st.nextToken());
}
} else {
dirs = new File[0];
}
return dirs;
}
......
}
我們先前的內(nèi)容有說過,可以指定-D java.ext.dirs
參數(shù)來添加和改變ExtClassLoader的加載路徑捞烟。這里我們通過可以編寫測(cè)試代碼薄声。
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
結(jié)果如下:
C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
AppClassLoader源碼
/**
* The class loader used for loading from java.class.path.
* runs in a restricted security context.
*/
static class AppClassLoader extends URLClassLoader {
public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader extcl)
throws IOException
{
final String s = System.getProperty("java.class.path");
final File[] path = (s == null) ? new File[0] : getClassPath(s);
return AccessController.doPrivileged(
new PrivilegedAction<AppClassLoader>() {
public AppClassLoader run() {
URL[] urls =
(s == null) ? new URL[0] : pathToURLs(path);
return new AppClassLoader(urls, extcl);
}
});
}
......
}
可以看到AppClassLoader加載的就是java.class.path
下的路徑。我們同樣打印它的值题画。
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
結(jié)果:
D:\workspace\ClassLoaderDemo\bin
這個(gè)路徑其實(shí)就是當(dāng)前java工程目錄bin默辨,里面存放的是編譯生成的class文件。
好了苍息,自此我們已經(jīng)知道了BootstrapClassLoader缩幸、ExtClassLoader壹置、AppClassLoader實(shí)際是查閱相應(yīng)的環(huán)境屬性sun.boot.class.path
、java.ext.dirs
和java.class.path
來加載資源文件的表谊。
接下來我們探討它們的加載順序钞护,我們先用Eclipse建立一個(gè)java工程。
然后創(chuàng)建一個(gè)Test.java
文件爆办。
public class Test{}
然后难咕,編寫一個(gè)ClassLoaderTest.java文件。
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader();
System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString());
}
}
我們獲取到了Test.class文件的類加載器距辆,然后打印出來步藕。結(jié)果是:
ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93
也就是說明Test.class文件是由AppClassLoader加載的。
這個(gè)Test類是我們自己編寫的挑格,那么int.class或者是String.class的加載是由誰(shuí)完成的呢咙冗?
我們可以在代碼中嘗試
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader();
System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString());
cl = int.class.getClassLoader();
System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString());
}
}
運(yùn)行一下,卻報(bào)錯(cuò)了
ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:15)
提示的是空指針漂彤,意思是int.class這類基礎(chǔ)類沒有類加載器加載雾消?
當(dāng)然不是!
int.class是由Bootstrap ClassLoader加載的挫望。要想弄明白這些立润,我們首先得知道一個(gè)前提。
每個(gè)類加載器都有一個(gè)父加載器
每個(gè)類加載器都有一個(gè)父加載器媳板,比如加載Test.class是由AppClassLoader完成桑腮,那么AppClassLoader也有一個(gè)父加載器,怎么樣獲取呢蛉幸?很簡(jiǎn)單破讨,通過getParent方法。比如代碼可以這樣編寫:
ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader();
System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString());
System.out.println("ClassLoader\'s parent is:"+cl.getParent().toString());
運(yùn)行結(jié)果如下:
ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93
ClassLoader's parent is:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15db9742
這個(gè)說明奕纫,AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader提陶。那么ExtClassLoader的父加載器又是誰(shuí)呢?
System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString());
System.out.println("ClassLoader\'s parent is:"+cl.getParent().toString());
System.out.println("ClassLoader\'s grand father is:"+cl.getParent().getParent().toString());
運(yùn)行如果:
ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93
Exception in thread "main" ClassLoader's parent is:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15db9742
java.lang.NullPointerException
at ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:13)
又是一個(gè)空指針異常匹层,這表明ExtClassLoader也沒有父加載器隙笆。那么,為什么標(biāo)題又是每一個(gè)加載器都有一個(gè)父加載器呢升筏?這不矛盾嗎撑柔?為了解釋這一點(diǎn),我們還需要看下面的一個(gè)基礎(chǔ)前提您访。
父加載器不是父類
我們先前已經(jīng)粘貼了ExtClassLoader和AppClassLoader的代碼铅忿。
static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {}
static class AppClassLoader extends URLClassLoader {}
可以看見ExtClassLoader和AppClassLoader同樣繼承自URLClassLoader,但上面一小節(jié)代碼中洋只,為什么調(diào)用AppClassLoader的getParent()
代碼會(huì)得到ExtClassLoader的實(shí)例呢辆沦?先從URLClassLoader說起昼捍,這個(gè)類又是什么?
先上一張類的繼承關(guān)系圖
URLClassLoader的源碼中并沒有找到getParent()
方法肢扯。這個(gè)方法在ClassLoader.java中妒茬。
public abstract class ClassLoader {
// The parent class loader for delegation
// Note: VM hardcoded the offset of this field, thus all new fields
// must be added *after* it.
private final ClassLoader parent;
// The class loader for the system
// @GuardedBy("ClassLoader.class")
private static ClassLoader scl;
private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
this.parent = parent;
...
}
protected ClassLoader(ClassLoader parent) {
this(checkCreateClassLoader(), parent);
}
protected ClassLoader() {
this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
}
public final ClassLoader getParent() {
if (parent == null)
return null;
return parent;
}
public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
initSystemClassLoader();
if (scl == null) {
return null;
}
return scl;
}
private static synchronized void initSystemClassLoader() {
if (!sclSet) {
if (scl != null)
throw new IllegalStateException("recursive invocation");
sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher();
if (l != null) {
Throwable oops = null;
//通過Launcher獲取ClassLoader
scl = l.getClassLoader();
try {
scl = AccessController.doPrivileged(
new SystemClassLoaderAction(scl));
} catch (PrivilegedActionException pae) {
oops = pae.getCause();
if (oops instanceof InvocationTargetException) {
oops = oops.getCause();
}
}
if (oops != null) {
if (oops instanceof Error) {
throw (Error) oops;
} else {
// wrap the exception
throw new Error(oops);
}
}
}
sclSet = true;
}
}
}
我們可以看到getParent()
實(shí)際上返回的就是一個(gè)ClassLoader對(duì)象parent,parent的賦值是在ClassLoader對(duì)象的構(gòu)造方法中蔚晨,它有兩個(gè)情況:
1. 由外部類創(chuàng)建ClassLoader時(shí)直接指定一個(gè)ClassLoader為parent乍钻。
2. 由getSystemClassLoader()
方法生成,也就是在sun.misc.Laucher通過getClassLoader()
獲取铭腕,也就是AppClassLoader银择。直白的說,一個(gè)ClassLoader創(chuàng)建時(shí)如果沒有指定parent累舷,那么它的parent默認(rèn)就是AppClassLoader浩考。
我們主要研究的是ExtClassLoader與AppClassLoader的parent的來源,正好它們與Launcher類有關(guān)被盈,我們上面已經(jīng)粘貼過Launcher的部分代碼析孽。
public class Launcher {
private static URLStreamHandlerFactory factory = new Factory();
private static Launcher launcher = new Launcher();
private static String bootClassPath =
System.getProperty("sun.boot.class.path");
public static Launcher getLauncher() {
return launcher;
}
private ClassLoader loader;
public Launcher() {
// Create the extension class loader
ClassLoader extcl;
try {
extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();
} catch (IOException e) {
throw new InternalError(
"Could not create extension class loader", e);
}
// Now create the class loader to use to launch the application
try {
//將ExtClassLoader對(duì)象實(shí)例傳遞進(jìn)去
loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);
} catch (IOException e) {
throw new InternalError(
"Could not create application class loader", e);
}
public ClassLoader getClassLoader() {
return loader;
}
static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {
/**
* create an ExtClassLoader. The ExtClassLoader is created
* within a context that limits which files it can read
*/
public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException
{
final File[] dirs = getExtDirs();
try {
// Prior implementations of this doPrivileged() block supplied
// aa synthesized ACC via a call to the private method
// ExtClassLoader.getContext().
return AccessController.doPrivileged(
new PrivilegedExceptionAction<ExtClassLoader>() {
public ExtClassLoader run() throws IOException {
//ExtClassLoader在這里創(chuàng)建
return new ExtClassLoader(dirs);
}
});
} catch (java.security.PrivilegedActionException e) {
throw (IOException) e.getException();
}
}
/*
* Creates a new ExtClassLoader for the specified directories.
*/
public ExtClassLoader(File[] dirs) throws IOException {
super(getExtURLs(dirs), null, factory);
}
}
}
我們需要注意的是
ClassLoader extcl;
extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();
loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);
代碼已經(jīng)說明了問題AppClassLoader的parent是一個(gè)ExtClassLoader實(shí)例。
ExtClassLoader并沒有直接找到對(duì)parent的賦值只怎。它調(diào)用了它的父類也就是URLClassLoder的構(gòu)造方法并傳遞了3個(gè)參數(shù)袜瞬。
public ExtClassLoader(File[] dirs) throws IOException {
super(getExtURLs(dirs), null, factory);
}
對(duì)應(yīng)的代碼
public URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent,
URLStreamHandlerFactory factory) {
super(parent);
}
答案已經(jīng)很明了了,ExtClassLoader的parent為null身堡。
上面張貼這么多代碼也是為了說明AppClassLoader的parent是ExtClassLoader邓尤,ExtClassLoader的parent是null。這符合我們之前編寫的測(cè)試代碼贴谎。
不過汞扎,細(xì)心的同學(xué)發(fā)現(xiàn),還是有疑問的我們只看到ExtClassLoader和AppClassLoader的創(chuàng)建赴精,那么BootstrapClassLoader呢佩捞?
還有,ExtClassLoader的父加載器為null,但是Bootstrap CLassLoader卻可以當(dāng)成它的父加載器這又是為何呢蕾哟?
我們繼續(xù)往下進(jìn)行。
Bootstrap ClassLoader是由C++編寫的莲蜘。
Bootstrap ClassLoader是由C/C++編寫的谭确,它本身是虛擬機(jī)的一部分,所以它并不是一個(gè)JAVA類票渠,也就是無(wú)法在java代碼中獲取它的引用逐哈,JVM啟動(dòng)時(shí)通過Bootstrap類加載器加載rt.jar等核心jar包中的class文件,之前的int.class,String.class都是由它加載问顷。然后呢昂秃,我們前面已經(jīng)分析了,JVM初始化sun.misc.Launcher并創(chuàng)建Extension ClassLoader和AppClassLoader實(shí)例。并將ExtClassLoader設(shè)置為AppClassLoader的父加載器望抽。Bootstrap沒有父加載器盔粹,但是它卻可以作用一個(gè)ClassLoader的父加載器。比如ExtClassLoader蚀腿。這也可以解釋之前通過ExtClassLoader的getParent方法獲取為Null的現(xiàn)象嘴瓤。具體是什么原因,很快就知道答案了莉钙。
雙親委托
雙親委托廓脆。
我們終于來到了這一步了。
一個(gè)類加載器查找class和resource時(shí)磁玉,是通過“委托模式”進(jìn)行的停忿,它首先判斷這個(gè)class是不是已經(jīng)加載成功,如果沒有的話它并不是自己進(jìn)行查找蚊伞,而是先通過父加載器瞎嬉,然后遞歸下去,直到Bootstrap ClassLoader厚柳,如果Bootstrap classloader找到了氧枣,直接返回,如果沒有找到别垮,則一級(jí)一級(jí)返回便监,最后到達(dá)自身去查找這些對(duì)象。這種機(jī)制就叫做雙親委托碳想。
整個(gè)流程可以如下圖所示:
這張圖是用時(shí)序圖畫出來的烧董,不過畫出來的結(jié)果我卻自己都覺得不理想。
大家可以看到2根箭頭胧奔,藍(lán)色的代表類加載器向上委托的方向逊移,如果當(dāng)前的類加載器沒有查詢到這個(gè)class對(duì)象已經(jīng)加載就請(qǐng)求父加載器(不一定是父類)進(jìn)行操作,然后以此類推龙填。直到Bootstrap ClassLoader胳泉。如果Bootstrap ClassLoader也沒有加載過此class實(shí)例,那么它就會(huì)從它指定的路徑中去查找岩遗,如果查找成功則返回扇商,如果沒有查找成功則交給子類加載器,也就是ExtClassLoader,這樣類似操作直到終點(diǎn)宿礁,也就是我上圖中的紅色箭頭示例案铺。
用序列描述一下:
1. 一個(gè)AppClassLoader查找資源時(shí),先看看緩存是否有梆靖,緩存有從緩存中獲取控汉,否則委托給父加載器笔诵。
2. 遞歸,重復(fù)第1部的操作姑子。
3. 如果ExtClassLoader也沒有加載過乎婿,則由Bootstrap ClassLoader出面,它首先查找緩存壁酬,如果沒有找到的話次酌,就去找自己的規(guī)定的路徑下,也就是sun.mic.boot.class
下面的路徑舆乔。找到就返回岳服,沒有找到,讓子加載器自己去找希俩。
4. Bootstrap ClassLoader如果沒有查找成功吊宋,則ExtClassLoader自己在java.ext.dirs
路徑中去查找,查找成功就返回颜武,查找不成功璃搜,再向下讓子加載器找。
5. ExtClassLoader查找不成功鳞上,AppClassLoader就自己查找这吻,在java.class.path
路徑下查找。找到就返回篙议。如果沒有找到就讓子類找唾糯,如果沒有子類會(huì)怎么樣?拋出各種異常鬼贱。
上面的序列移怯,詳細(xì)說明了雙親委托的加載流程。我們可以發(fā)現(xiàn)委托是從下向上这难,然后具體查找過程卻是自上至下舟误。
我說過上面用時(shí)序圖畫的讓自己不滿意,現(xiàn)在用框圖姻乓,最原始的方法再畫一次嵌溢。
上面已經(jīng)詳細(xì)介紹了加載過程,但具體為什么是這樣加載糖权,我們還需要了解幾個(gè)個(gè)重要的方法loadClass()堵腹、findLoadedClass()、findClass()星澳、defineClass()。
重要方法
loadClass()
JDK文檔中是這樣寫的旱易,通過指定的全限定類名加載class禁偎,它通過同名的loadClass(String,boolean)方法腿堤。
protected Class<?> loadClass(String name,
boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
上面是方法原型,一般實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法的步驟是
1. 執(zhí)行findLoadedClass(String)
去檢測(cè)這個(gè)class是不是已經(jīng)加載過了如暖。
2. 執(zhí)行父加載器的loadClass
方法笆檀。如果父加載器為null,則jvm內(nèi)置的加載器去替代盒至,也就是Bootstrap ClassLoader酗洒。這也解釋了ExtClassLoader的parent為null,但仍然說Bootstrap ClassLoader是它的父加載器。
3. 如果向上委托父加載器沒有加載成功枷遂,則通過findClass(String)
查找樱衷。
如果class在上面的步驟中找到了,參數(shù)resolve又是true的話酒唉,那么loadClass()
又會(huì)調(diào)用resolveClass(Class)
這個(gè)方法來生成最終的Class對(duì)象矩桂。 我們可以從源代碼看出這個(gè)步驟。
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先痪伦,檢測(cè)是否已經(jīng)加載
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
//父加載器不為空則調(diào)用父加載器的loadClass
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//父加載器為空則調(diào)用Bootstrap Classloader
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();
//父加載器沒有找到侄榴,則調(diào)用findclass
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) {
//調(diào)用resolveClass()
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
代碼解釋了雙親委托。
另外网沾,要注意的是如果要編寫一個(gè)classLoader的子類癞蚕,也就是自定義一個(gè)classloader,建議覆蓋findClass()
方法辉哥,而不要直接改寫loadClass()
方法桦山。
另外
if (parent != null) {
//父加載器不為空則調(diào)用父加載器的loadClass
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//父加載器為空則調(diào)用Bootstrap Classloader
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
前面說過ExtClassLoader的parent為null,所以它向上委托時(shí)证薇,系統(tǒng)會(huì)為它指定Bootstrap ClassLoader度苔。
自定義ClassLoader
不知道大家有沒有發(fā)現(xiàn),不管是Bootstrap ClassLoader還是ExtClassLoader等浑度,這些類加載器都只是加載指定的目錄下的jar包或者資源寇窑。如果在某種情況下,我們需要?jiǎng)討B(tài)加載一些東西呢箩张?比如從D盤某個(gè)文件夾加載一個(gè)class文件甩骏,或者從網(wǎng)絡(luò)上下載class主內(nèi)容然后再進(jìn)行加載,這樣可以嗎先慷?
如果要這樣做的話饮笛,需要我們自定義一個(gè)classloader。
自定義步驟
- 編寫一個(gè)類繼承自ClassLoader抽象類论熙。
- 復(fù)寫它的
findClass()
方法福青。 - 在
findClass()
方法中調(diào)用defineClass()
。
defineClass()
這個(gè)方法在編寫自定義classloader的時(shí)候非常重要,它能將class二進(jìn)制內(nèi)容轉(zhuǎn)換成Class對(duì)象无午,如果不符合要求的會(huì)拋出各種異常媒役。
注意點(diǎn):
一個(gè)ClassLoader創(chuàng)建時(shí)如果沒有指定parent,那么它的parent默認(rèn)就是AppClassLoader宪迟。
上面說的是酣衷,如果自定義一個(gè)ClassLoader,默認(rèn)的parent父加載器是AppClassLoader次泽,因?yàn)檫@樣就能夠保證它能訪問系統(tǒng)內(nèi)置加載器加載成功的class文件穿仪。
自定義ClassLoader示例之DiskClassLoader。
假設(shè)我們需要一個(gè)自定義的classloader,默認(rèn)加載路徑為D:\lib
下的jar包和資源意荤。
我們寫編寫一個(gè)測(cè)試用的類文件啊片,Test.java
Test.java
package com.frank.test;
public class Test {
public void say(){
System.out.println("Say Hello");
}
}
然后將它編譯過年class文件Test.class放到D:\lib
這個(gè)路徑下。
DiskClassLoader
我們編寫DiskClassLoader的代碼袭异。
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
public class DiskClassLoader extends ClassLoader {
private String mLibPath;
public DiskClassLoader(String path) {
// TODO Auto-generated constructor stub
mLibPath = path;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
// TODO Auto-generated method stub
String fileName = getFileName(name);
File file = new File(mLibPath,fileName);
try {
FileInputStream is = new FileInputStream(file);
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
int len = 0;
try {
while ((len = is.read()) != -1) {
bos.write(len);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
byte[] data = bos.toByteArray();
is.close();
bos.close();
return defineClass(name,data,0,data.length);
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return super.findClass(name);
}
//獲取要加載 的class文件名
private String getFileName(String name) {
// TODO Auto-generated method stub
int index = name.lastIndexOf('.');
if(index == -1){
return name+".class";
}else{
return name.substring(index)+".class";
}
}
}
我們?cè)?code>findClass()方法中定義了查找class的方法钠龙,然后數(shù)據(jù)通過defineClass()
生成了Class對(duì)象。
測(cè)試
現(xiàn)在我們要編寫測(cè)試代碼御铃。我們知道如果調(diào)用一個(gè)Test對(duì)象的say方法碴里,它會(huì)輸出”Say Hello”這條字符串。但現(xiàn)在是我們把Test.class放置在應(yīng)用工程所有的目錄之外上真,我們需要加載它咬腋,然后執(zhí)行它的方法。具體效果如何呢睡互?我們編寫的DiskClassLoader能不能順利完成任務(wù)呢根竿?我們拭目以待。
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
//創(chuàng)建自定義classloader對(duì)象就珠。
DiskClassLoader diskLoader = new DiskClassLoader("D:\\lib");
try {
//加載class文件
Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.Test");
if(c != null){
try {
Object obj = c.newInstance();
Method method = c.getDeclaredMethod("say",null);
//通過反射調(diào)用Test類的say方法
method.invoke(obj, null);
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException
| NoSuchMethodException
| SecurityException |
IllegalArgumentException |
InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
我們點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕寇壳,結(jié)果顯示。
可以看到妻怎,Test類的say方法正確執(zhí)行壳炎,也就是我們寫的DiskClassLoader編寫成功。
回首
講了這么大的篇幅逼侦,自定義ClassLoader才姍姍來遲匿辩。 很多同學(xué)可能覺得前面有些啰嗦,但我按照自己的思路榛丢,我覺得還是有必要的铲球。因?yàn)槲沂菄@一個(gè)關(guān)鍵字進(jìn)行講解的。
關(guān)鍵字是什么晰赞?
關(guān)鍵字 路徑
- 從開篇的環(huán)境變量
- 到3個(gè)主要的JDK自帶的類加載器
- 到自定義的ClassLoader
它們的關(guān)聯(lián)部分就是路徑稼病,也就是要加載的class或者是資源的路徑选侨。
BootStrap ClassLoader、ExtClassLoader溯饵、AppClassLoader都是加載指定路徑下的jar包侵俗。如果我們要突破這種限制锨用,實(shí)現(xiàn)自己某些特殊的需求丰刊,我們就得自定義ClassLoader,自已指定加載的路徑增拥,可以是磁盤啄巧、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)或者其它掌栅。
所以秩仆,你說路徑能不能成為它們的關(guān)鍵字?
當(dāng)然上面的只是我個(gè)人的看法猾封,可能不正確澄耍,但現(xiàn)階段,這樣有利于自己的學(xué)習(xí)理解晌缘。
自定義ClassLoader還能做什么齐莲?
突破了JDK系統(tǒng)內(nèi)置加載路徑的限制之后,我們就可以編寫自定義ClassLoader磷箕,然后剩下的就叫給開發(fā)者你自己了选酗。你可以按照自己的意愿進(jìn)行業(yè)務(wù)的定制,將ClassLoader玩出花樣來岳枷。
玩出花之Class解密類加載器
常見的用法是將Class文件按照某種加密手段進(jìn)行加密芒填,然后按照規(guī)則編寫自定義的ClassLoader進(jìn)行解密,這樣我們就可以在程序中加載特定了類空繁,并且這個(gè)類只能被我們自定義的加載器進(jìn)行加載殿衰,提高了程序的安全性。
下面盛泡,我們編寫代碼闷祥。
1.定義加密解密協(xié)議
加密和解密的協(xié)議有很多種,具體怎么定看業(yè)務(wù)需要饭于。在這里蜀踏,為了便于演示,我簡(jiǎn)單地將加密解密定義為異或運(yùn)算掰吕。當(dāng)一個(gè)文件進(jìn)行異或運(yùn)算后果覆,產(chǎn)生了加密文件,再進(jìn)行一次異或后殖熟,就進(jìn)行了解密局待。
2.編寫加密工具類
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
public class FileUtils {
public static void test(String path){
File file = new File(path);
try {
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(path+"en");
int b = 0;
int b1 = 0;
try {
while((b = fis.read()) != -1){
//每一個(gè)byte異或一個(gè)數(shù)字2
fos.write(b ^ 2);
}
fos.close();
fis.close();
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
} catch (FileNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}
我們?cè)賹憸y(cè)試代碼
FileUtils.test("D:\\lib\\Test.class");
然后可以看見路徑D:\\lib\\Test.class
下Test.class生成了Test.classen文件。
編寫自定義classloader,DeClassLoader
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
public class DeClassLoader extends ClassLoader {
private String mLibPath;
public DeClassLoader(String path) {
// TODO Auto-generated constructor stub
mLibPath = path;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
// TODO Auto-generated method stub
String fileName = getFileName(name);
File file = new File(mLibPath,fileName);
try {
FileInputStream is = new FileInputStream(file);
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
int len = 0;
byte b = 0;
try {
while ((len = is.read()) != -1) {
//將數(shù)據(jù)異或一個(gè)數(shù)字2進(jìn)行解密
b = (byte) (len ^ 2);
bos.write(b);
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
byte[] data = bos.toByteArray();
is.close();
bos.close();
return defineClass(name,data,0,data.length);
} catch (IOException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return super.findClass(name);
}
//獲取要加載 的class文件名
private String getFileName(String name) {
// TODO Auto-generated method stub
int index = name.lastIndexOf('.');
if(index == -1){
return name+".classen";
}else{
return name.substring(index+1)+".classen";
}
}
}
測(cè)試
我們可以在ClassLoaderTest.java中的main方法中如下編碼:
DeClassLoader diskLoader = new DeClassLoader("D:\\lib");
try {
//加載class文件
Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.Test");
if(c != null){
try {
Object obj = c.newInstance();
Method method = c.getDeclaredMethod("say",null);
//通過反射調(diào)用Test類的say方法
method.invoke(obj, null);
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException
| NoSuchMethodException
| SecurityException |
IllegalArgumentException |
InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
查看運(yùn)行結(jié)果是:
可以看到了钳榨,同樣成功了〗⒎#現(xiàn)在,我們有兩個(gè)自定義的ClassLoader:DiskClassLoader和DeClassLoader薛耻,我們可以嘗試一下营罢,看看DiskClassLoader能不能加載Test.classen文件也就是Test.class加密后的文件。
我們首先移除D:\\lib\\Test.class
文件饼齿,只剩下一下Test.classen文件饲漾,然后進(jìn)行代碼的測(cè)試。
DeClassLoader diskLoader1 = new DeClassLoader("D:\\lib");
try {
//加載class文件
Class c = diskLoader1.loadClass("com.frank.test.Test");
if(c != null){
try {
Object obj = c.newInstance();
Method method = c.getDeclaredMethod("say",null);
//通過反射調(diào)用Test類的say方法
method.invoke(obj, null);
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException
| NoSuchMethodException
| SecurityException |
IllegalArgumentException |
InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
DiskClassLoader diskLoader = new DiskClassLoader("D:\\lib");
try {
//加載class文件
Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.Test");
if(c != null){
try {
Object obj = c.newInstance();
Method method = c.getDeclaredMethod("say",null);
//通過反射調(diào)用Test類的say方法
method.invoke(obj, null);
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException
| NoSuchMethodException
| SecurityException |
IllegalArgumentException |
InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
運(yùn)行結(jié)果:
我們可以看到缕溉。DeClassLoader運(yùn)行正常考传,而DiskClassLoader卻找不到Test.class的類,并且它也無(wú)法加載Test.classen文件。
Context ClassLoader 線程上下文類加載器
前面講到過Bootstrap ClassLoader证鸥、ExtClassLoader僚楞、AppClassLoader,現(xiàn)在又出來這么一個(gè)類加載器枉层,這是為什么泉褐?
前面三個(gè)之所以放在前面講,是因?yàn)樗鼈兪钦鎸?shí)存在的類返干,而且遵從”雙親委托“的機(jī)制兴枯。而ContextClassLoader其實(shí)只是一個(gè)概念。
查看Thread.java源碼可以發(fā)現(xiàn)
public class Thread implements Runnable {
/* The context ClassLoader for this thread */
private ClassLoader contextClassLoader;
public void setContextClassLoader(ClassLoader cl) {
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader"));
}
contextClassLoader = cl;
}
public ClassLoader getContextClassLoader() {
if (contextClassLoader == null)
return null;
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
ClassLoader.checkClassLoaderPermission(contextClassLoader,
Reflection.getCallerClass());
}
return contextClassLoader;
}
}
contextClassLoader只是一個(gè)成員變量矩欠,通過setContextClassLoader()
方法設(shè)置财剖,通過getContextClassLoader()
設(shè)置。
每個(gè)Thread都有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的ClassLoader癌淮,默認(rèn)是AppClassLoader躺坟。并且子線程默認(rèn)使用父線程的ClassLoader除非子線程特別設(shè)置。
我們同樣可以編寫代碼來加深理解乳蓄。
現(xiàn)在有2個(gè)SpeakTest.class文件咪橙,一個(gè)源碼是
package com.frank.test;
public class SpeakTest implements ISpeak {
@Override
public void speak() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("Test");
}
}
它生成的SpeakTest.class文件放置在D:\\lib\\test
目錄下。
另外ISpeak.java代碼
package com.frank.test;
public interface ISpeak {
public void speak();
}
然后虚倒,我們?cè)谶@里還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)SpeakTest.java
package com.frank.test;
public class SpeakTest implements ISpeak {
@Override
public void speak() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("I\' frank");
}
}
它生成的SpeakTest.class文件放置在D:\\lib
目錄下美侦。
然后我們還要編寫另外一個(gè)ClassLoader,DiskClassLoader1.java這個(gè)ClassLoader的代碼和DiskClassLoader.java代碼一致魂奥,我們要在DiskClassLoader1中加載位置于D:\\lib\\test
中的SpeakTest.class文件菠剩。
測(cè)試代碼:
DiskClassLoader1 diskLoader1 = new DiskClassLoader1("D:\\lib\\test");
Class cls1 = null;
try {
//加載class文件
cls1 = diskLoader1.loadClass("com.frank.test.SpeakTest");
System.out.println(cls1.getClassLoader().toString());
if(cls1 != null){
try {
Object obj = cls1.newInstance();
//SpeakTest1 speak = (SpeakTest1) obj;
//speak.speak();
Method method = cls1.getDeclaredMethod("speak",null);
//通過反射調(diào)用Test類的speak方法
method.invoke(obj, null);
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException
| NoSuchMethodException
| SecurityException |
IllegalArgumentException |
InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
DiskClassLoader diskLoader = new DiskClassLoader("D:\\lib");
System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" classloader: "+Thread.currentThread().getContextClassLoader().toString());
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" classloader: "+Thread.currentThread().getContextClassLoader().toString());
// TODO Auto-generated method stub
try {
//加載class文件
// Thread.currentThread().setContextClassLoader(diskLoader);
//Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.SpeakTest");
ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
Class c = cl.loadClass("com.frank.test.SpeakTest");
// Class c = Class.forName("com.frank.test.SpeakTest");
System.out.println(c.getClassLoader().toString());
if(c != null){
try {
Object obj = c.newInstance();
//SpeakTest1 speak = (SpeakTest1) obj;
//speak.speak();
Method method = c.getDeclaredMethod("speak",null);
//通過反射調(diào)用Test類的say方法
method.invoke(obj, null);
} catch (InstantiationException | IllegalAccessException
| NoSuchMethodException
| SecurityException |
IllegalArgumentException |
InvocationTargetException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
結(jié)果如下:
我們可以得到如下的信息:
1. DiskClassLoader1加載成功了SpeakTest.class文件并執(zhí)行成功。
2. 子線程的ContextClassLoader是AppClassLoader耻煤。
3. AppClassLoader加載不了父線程當(dāng)中已經(jīng)加載的SpeakTest.class內(nèi)容具壮。
我們修改一下代碼准颓,在子線程開頭處加上這么一句內(nèi)容。
Thread.currentThread().setContextClassLoader(diskLoader1);
結(jié)果如下:
可以看到子線程的ContextClassLoader變成了DiskClassLoader棺妓。
繼續(xù)改動(dòng)代碼:
Thread.currentThread().setContextClassLoader(diskLoader);
結(jié)果:
可以看到DiskClassLoader1和DiskClassLoader分別加載了自己路徑下的SpeakTest.class文件攘已,并且它們的類名是一樣的com.frank.test.SpeakTest
,但是執(zhí)行結(jié)果不一樣怜跑,因?yàn)樗鼈兊膶?shí)際內(nèi)容不一樣样勃。
Context ClassLoader的運(yùn)用時(shí)機(jī)
其實(shí)這個(gè)我也不是很清楚,我的主業(yè)是Android妆艘,研究ClassLoader也是為了更好的研究Android彤灶。網(wǎng)上的答案說是適應(yīng)那些Web服務(wù)框架軟件如Tomcat等。主要為了加載不同的APP批旺,因?yàn)榧虞d器不一樣,同一份class文件加載后生成的類是不相等的诵姜。如果有同學(xué)想多了解更多的細(xì)節(jié)汽煮,請(qǐng)自行查閱相關(guān)資料。
總結(jié)
- ClassLoader用來加載class文件的棚唆。
- 系統(tǒng)內(nèi)置的ClassLoader通過雙親委托來加載指定路徑下的class和資源暇赤。
- 可以自定義ClassLoader一般覆蓋findClass()方法。
- ContextClassLoader與線程相關(guān)宵凌,可以獲取和設(shè)置鞋囊,可以繞過雙親委托的機(jī)制。
下一步
- 你可以研究ClassLoader在Web容器內(nèi)的應(yīng)用了瞎惫,如Tomcat溜腐。
- 可以嘗試以這個(gè)為基礎(chǔ),繼續(xù)學(xué)習(xí)Android中的ClassLoader機(jī)制瓜喇。