一破托、什么是ClassLoader?

大家都知道，當(dāng)我們寫好一個Java程序之后参淹，不是管是CS還是BS應(yīng)用醉锄，都是由若干個.class文件組織而成的一個完整的Java應(yīng)用程序，當(dāng)程序在運(yùn)行時浙值，即會調(diào)用該程序的一個入口函數(shù)來調(diào)用系統(tǒng)的相關(guān)功能恳不，而這些功能都被封裝在不同的class文件當(dāng)中，所以經(jīng)常要從這個class文件中要調(diào)用另外一個class文件中的方法开呐，如果另外一個文件不存在的烟勋，則會引發(fā)系統(tǒng)異常。而程序在啟動的時候筐付，并不會一次性加載程序所要用的所有class文件神妹，而是根據(jù)程序的需要，通過Java的類加載機(jī)制（ClassLoader）來動態(tài)加載某個class文件到內(nèi)存當(dāng)中的家妆，從而只有class文件被載入到了內(nèi)存之后鸵荠，才能被其它c(diǎn)lass所引用。所以ClassLoader就是用來動態(tài)加載class文件到內(nèi)存當(dāng)中用的伤极。

二蛹找、Java默認(rèn)提供的三個ClassLoader

1. BootStrap ClassLoader：稱為啟動類加載器，是Java類加載層次中最頂層的類加載器哨坪，負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類庫庸疾，如：rt.jar、resources.jar当编、charsets.jar等届慈，可通過如下程序獲得該類加載器從哪些地方加載了相關(guān)的jar或class文件：

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

以下內(nèi)容是上述程序從本機(jī)JDK環(huán)境所獲得的結(jié)果：
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/  

其實(shí)上述結(jié)果也是通過查找sun.boot.class.path這個系統(tǒng)屬性所得知的。
System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

打印結(jié)果：C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes

2. Extension ClassLoader：稱為擴(kuò)展類加載器忿偷，負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類庫金顿，默認(rèn)加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
3. App ClassLoader：稱為系統(tǒng)類加載器鲤桥，負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序classpath目錄下的所有jar和class文件揍拆。
   注意： 除了Java默認(rèn)提供的三個ClassLoader之外，用戶還可以根據(jù)需要定義自已的ClassLoader茶凳，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類嫂拴，也包括Java提供的另外二個ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在內(nèi)，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader贮喧，因?yàn)樗皇且粋€普通的Java類筒狠，底層由C++編寫，已嵌入到了JVM內(nèi)核當(dāng)中箱沦，當(dāng)JVM啟動后辩恼，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動，負(fù)責(zé)加載完核心類庫后，并構(gòu)造Extension ClassLoader和App ClassLoader類加載器运挫。

三、ClassLoader加載類的原理

1套耕、原理介紹

雙親委派模型工作過程是：如果一個類加載器收到類加載的請求谁帕，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器完成冯袍。每個類加載器都是如此匈挖，只有當(dāng)父加載器在自己的搜索范圍內(nèi)找不到指定的類時（即ClassNotFoundException），子加載器才會嘗試自己去加載康愤。

ClassLoader使用的是雙親委托模型來搜索類的儡循，每個ClassLoader實(shí)例都有一個父類加載器的引用（不是繼承的關(guān)系，是一個包含的關(guān)系）征冷，虛擬機(jī)內(nèi)置的類加載器（Bootstrap ClassLoader）本身沒有父類加載器择膝，但可以用作其它ClassLoader實(shí)例的的父類加載器。當(dāng)一個ClassLoader實(shí)例需要加載某個類時检激，它會試圖親自搜索某個類之前肴捉，先把這個任務(wù)委托給它的父類加載器，這個過程是由上至下依次檢查的叔收，首先由最頂層的類加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載齿穗，如果沒加載到，則把任務(wù)轉(zhuǎn)交給Extension ClassLoader試圖加載饺律，如果也沒加載到窃页，則轉(zhuǎn)交給App ClassLoader 進(jìn)行加載，如果它也沒有加載得到的話复濒，則返回給委托的發(fā)起者脖卖，由它到指定的文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)等URL中加載該類。如果它們都沒有加載到這個類時巧颈，則拋出ClassNotFoundException異常胚嘲。否則將這個找到的類生成一個類的定義，并將它加載到內(nèi)存當(dāng)中洛二，最后返回這個類在內(nèi)存中的Class實(shí)例對象馋劈。

2、為什么要使用雙親委托這種模型呢晾嘶？

因?yàn)檫@樣可以避免重復(fù)加載妓雾，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類的時候，就沒有必要子ClassLoader再加載一次垒迂⌒狄觯考慮到安全因素，我們試想一下机断，如果不使用這種委托模式楷拳，那我們就可以隨時使用自定義的String來動態(tài)替代java核心api中定義的類型绣夺，這樣會存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式欢揖，就可以避免這種情況陶耍，因?yàn)镾tring已經(jīng)在啟動時就被引導(dǎo)類加載器（Bootstrcp ClassLoader）加載，所以用戶自定義的ClassLoader永遠(yuǎn)也無法加載一個自己寫的String她混，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認(rèn)算法烈钞。

3、 但是JVM在搜索類的時候坤按，又是如何判定兩個class是相同的呢毯欣？

JVM在判定兩個class是否相同時，不僅要判斷兩個類名是否相同臭脓，而且要判斷是否由同一個類加載器實(shí)例加載的酗钞。只有兩者同時滿足的情況下，JVM才認(rèn)為這兩個class是相同的来累。就算兩個class是同一份class字節(jié)碼算吩，如果被兩個不同的ClassLoader實(shí)例所加載，JVM也會認(rèn)為它們是兩個不同class佃扼。比如網(wǎng)絡(luò)上的一個Java類org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple偎巢，javac編譯之后生成字節(jié)碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個類加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件兼耀，并分別定義出了java.lang.Class實(shí)例來表示這個類压昼，對于JVM來說，它們是兩個不同的實(shí)例對象瘤运，但它們確實(shí)是同一份字節(jié)碼文件窍霞，如果試圖將這個Class實(shí)例生成具體的對象進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，就會拋運(yùn)行時異常java.lang.ClassCaseException拯坟，提示這是兩個不同的類型〉穑現(xiàn)在通過實(shí)例來驗(yàn)證上述所描述的是否正確：
1）、在web服務(wù)器上建一個org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java類

package org.classloader.simple;  
  
public class NetClassLoaderSimple {  
      
    private NetClassLoaderSimple instance;  
  
    public void setNetClassLoaderSimple(Object obj) {  
        this.instance = (NetClassLoaderSimple)obj;  
    }  
}  

org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類的setNetClassLoaderSimple方法接收一個Object類型參數(shù)郁季，并將它強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類型冷溃。
2）、測試兩個class是否相同(NetWorkClassLoader.java)

package classloader;  
  
public class NewworkClassLoaderTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        try {  
            //測試加載網(wǎng)絡(luò)中的class文件  
            String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";  
            String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple";  
            NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl);  
            NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl);  
            Class<?> clazz1 = ncl1.loadClass(className);  
            Class<?> clazz2 = ncl2.loadClass(className);  
            Object obj1 = clazz1.newInstance();  
            Object obj2 = clazz2.newInstance();  
            clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
      
}  

首先獲得網(wǎng)絡(luò)上一個class文件的二進(jìn)制名稱梦裂，然后通過自定義的類加載器NetworkClassLoader創(chuàng)建兩個實(shí)例似枕，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址分別加載這份class，并得到這兩個ClassLoader實(shí)例加載后生成的Class實(shí)例clazz1和clazz2年柠，最后將這兩個Class實(shí)例分別生成具體的實(shí)例對象obj1和obj2凿歼，再通過反射調(diào)用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。
3）、查看測試結(jié)果

image.png

4心俗、ClassLoader的體系架構(gòu)：

image.png

驗(yàn)證ClassLoader加載類的原理：

測試1：打印ClassLoader類的層次結(jié)構(gòu)，請看下面這段代碼：

ClassLoader loader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();    //獲得加載ClassLoaderTest.class這個類的類加載器  
while(loader != null) {  
    System.out.println(loader);  
    loader = loader.getParent();    //獲得父類加載器的引用  
}  
System.out.println(loader);  

打印結(jié)果：

image.png

image.png

image.png

第二行的結(jié)果為null，是因?yàn)镋xtClassLoader的父類加載器是Bootstrap ClassLoader夸赫。
測試3：用Bootstrcp ClassLoader來加載ClassLoaderTest.class菩帝，有兩種方式：
1、在jvm中添加-Xbootclasspath參數(shù)，指定Bootstrcp ClassLoader加載類的路徑呼奢，并追加我們自已的jar（ClassTestLoader.jar）
2宜雀、將class文件放到JAVA_HOME/jre/classes/目錄下（上面有提到）
方式1：（我用的是Eclipse開發(fā)工具，用命令行是在java命令后面添加-Xbootclasspath參數(shù)）
打開Run配置對話框：

image.png

[Loaded java.io.FileReader from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded sun.nio.cs.StreamDecoder from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.ArrayList from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.lang.reflect.Array from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.Locale from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentMap from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.locks.Lock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractOwnableSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$Sync from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$Node from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.lang.CharacterDataLatin1 from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.io.ObjectStreamClass from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded sun.net.www.ParseUtil from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.BitSet from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.net.Parts from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.net.URLStreamHandler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded sun.net.www.protocol.file.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.util.HashSet from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded sun.net.www.protocol.jar.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader$1 from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.lang.SystemClassLoaderAction from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Path C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes]  
[Loaded classloader.ClassLoaderTest from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes]  
null  //這是打印的結(jié)果  
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;  
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;  
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;  
C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes;c:\ClassLoaderTest.jar    
//這一段是System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));打印出來的握础。這個路徑就是Bootstrcp ClassLoader默認(rèn)搜索類的路徑  
[Loaded java.lang.Shutdown from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  
[Loaded java.lang.Shutdown$Lock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]  

方式2：將ClassLoaderTest.jar解壓后辐董，放到JAVA_HOME/jre/classes目錄下，如下圖所示：

image.png

image.png

明天更新自定義 ClassLoader