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一裸弦、類加載器

還記得類加載機制嗎？類加載機制的各階段是加載作喘、連接（驗證理疙、準備、解析）泞坦、初始化窖贤、使用、卸載贰锁≡呶啵可參考上篇文章：JVM學(xué)習(xí)（一）：Java類的加載機制 里有詳細說明。

1. 什么是類加載器豌熄？

把類加載階段中的"通過一個類的全限定名來獲取描述此類的二進制字節(jié)流"這個動作放到Java虛擬機外部去實現(xiàn)授嘀，以便讓應(yīng)用程序自己決定如何去獲取所需要的類。實現(xiàn)這個動作的代碼模塊稱為“類加載器”锣险。

2. 類與類加載器

類加載器雖然只用于實現(xiàn)類的加載動作粤攒，但它在Java程序中祈禱的作用卻遠遠不限于類加載階段。
對于任意一個類囱持，都需要由加載它的類加載器和這個類本身一同確立啊Java虛擬機中的唯一性夯接。每一個類加載器都擁有一個獨立的類名稱空間。
比較兩個類是否“相等“纷妆，只有在這兩個類是由同一個類加載器加載的前提下才由意義盔几；否則，即使兩個類來源于同一個Class文件掩幢，被同一個虛擬機加載逊拍，只要加載他們的類加載器不同，那么這兩個類就必定不相等际邻。
（這里指的“相等”芯丧，包括代表類的Class對象的equals()方法、isAssignableFrom()方法世曾、isInstance()方法的返回結(jié)果缨恒，也包括關(guān)鍵字instanceof做對象所屬關(guān)系判定情況。）

• 代碼演示：

  public class ClassLoaderTest {
      public static void main(String[] args) throws Exception {
          ClassLoader loader = new ClassLoader() {
              @Override
              public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                  try {
                      String fileName = name.lastIndexOf("." + 1) + ".class";
                      InputStream inputStream = this.getClass().getResourceAsStream(fileName);
                      if (inputStream == null) {
                          return super.loadClass(name);
                      }
                      byte[] bytes = new byte[inputStream.available()];
                      inputStream.read(bytes);
                      return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
                  } catch (IOException e) {
                      e.printStackTrace();
                      throw new ClassNotFoundException(name);
                  }
              }
          };
  
          Object obj = loader.loadClass("com.jx.Test1").newInstance();
          System.out.println(obj.getClass()); // 打印類名稱
          System.out.println(obj instanceof com.jx.Test1); // 打印 比較obj對象是否是com.jx.Test1類
      }
  }
  

• 運行結(jié)果：

    class com.jx.Test1
    false
  

從示例代碼Object obj = loader.loadClass("com.jx.Test1").newInstance(); System.out.println(obj.getClass());打印結(jié)果是com.jx.Test1轮听，說明通過自定義的類加載器 加載并實例的對象確實是Tes1的類骗露；
但代碼System.out.println(obj instanceof com.jx.Test1);運行輸出的結(jié)果是false，這是因為在JVM虛擬機中存在另外一個類加載器加載了血巍。
雖然都是來自同一個Class文件萧锉，但因為是兩個獨立的類加載器加載出來的類，在做對象所屬類型檢測時結(jié)果是false述寡。

二柿隙、類加載器分類

類加載器

• 類加載器可以分為：

  • 啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader)
  • 擴展類加載器(Extension ClassLoader)
  • 應(yīng)用程序類加載器(Application ClassLoader)
  • 自定義類加載器(USer ClassLoader)

• 他們的關(guān)系是：
  自定義類加載器的父類是應(yīng)用程序類加載器叶洞；
  應(yīng)用程序類加載器的父類是擴展類加載器；
  啟動類加載器嚴格意義上不是擴展類加載器的父類禀崖，抽象維度可以理解為父類衩辟。

1. 啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader)

啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader) 是最頂層的類加載器，主要加載核心類庫帆焕。

• 加載路徑\jdk\jre\lib下的rt.jar、resource.jar不恭、charsets.jar和class等叶雹。
• 啟動類架子啊其是無法被Java程序直接引用的。
  Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader换吧，因為它不是一個普通的Java類折晦，底層是由C++編寫嵌入到JVM內(nèi)核中；
  當JVM啟動后 Bootstrap ClassLoader也隨著啟動沾瓦，賦值加載完核心類庫后满着，并構(gòu)造Extension ClassLoader和Application ClassLoader。
  如圖：
  
  啟動類加載器加載路徑
  
  另外贯莺，可以通過啟動JVM時指定-Xbootclasspath路徑來改變Bootstrap ClassLoader的加載目錄风喇。

2. 擴展類加載器(Extension ClassLoader)

擴展類加載器(Extension ClassLoader)：這個類加載器由sun.misc.Luancher&ExtClassLoader實現(xiàn)。

• 負責(zé)加載\jre\lib\ext目錄下的jar包和class文件.
• 或者由java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定路徑中的所有類庫（如javax.開頭的類）缕探，開發(fā)者可以直接使用擴展類加載器魂莫。
  如圖：
  
  擴展類加載器加載路徑

3. 應(yīng)用程序類加載器(Application ClassLoader)

應(yīng)用程序類加載器(Application ClassLoader)：是由sun.misc.Launcher&ApplicationClassLoaer實現(xiàn)。

• Application ClassLoader是負責(zé)加載用戶類路徑上所指定的類庫爹耗，開發(fā)者可以直接使用這個類加載器耙考，如果應(yīng)用程序沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下就是程序默認的類加載器潭兽。

4. 自定義類加載器(User ClassLoader)

**自定義類加載器(User ClassLoader)
**：一般是繼承ClassLoader倦始，重寫findClass方法。
因為JVM自帶的ClassLoader只會從本地文件系統(tǒng)加載標準的Java class文件山卦，因此編寫自定義類加載器可以做到：

• 1. 在執(zhí)行非自信代碼之前鞋邑，自動驗證數(shù)字簽名。
• 2. 動態(tài)地創(chuàng)建符合用戶特定需要的定制化構(gòu)建類账蓉。
• 3. 從特定的場所取得Java class炫狱，例如數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)中。

5. 類加載器體系結(jié)構(gòu)（雙親委派模型）

類加載器體系結(jié)構(gòu)

關(guān)于類加載器的加載過程：

• 1. 稱為緩存查找環(huán)節(jié)剔猿。第一步是先檢查類加載器中是否已經(jīng)緩存加載了對應(yīng)的類视译。 其中又分為：
  • ① 若存在自定義類加載器，則先檢查自身緩存中是否存在归敬；如果存在則取到酷含。
  • ② 如果自定義緩存不存在鄙早，委托父類查找，也就是應(yīng)用程序類加載器椅亚。
    應(yīng)用程序類加載器同樣也先檢查緩存中是否存在限番，如果存在則取到。
  • ③ 如果應(yīng)用緩存不存在呀舔，則委托它的父類弥虐，既是擴展類加載器。
    擴展類加載器同樣也會先檢查緩存中是否存在媚赖，如果存在則取到霜瘪。
  • ④ 如果擴展類加載器緩存也不存在，則調(diào)用啟動類加載器查找惧磺。
    啟動類加載器也是先檢查是否已經(jīng)加載颖对，如果加載，則取到磨隘。如果未加載缤底，則進入加載環(huán)節(jié)。
• 2. 加載環(huán)節(jié)番捂。第二步个唧，在所有類加載器通過緩存都找不到時，則進入類加載環(huán)節(jié)设预。類加載環(huán)節(jié)可分為：
  • ① 啟動類加載器坑鱼。啟動類加載器在緩存找不到后，會根據(jù)它的路徑范圍jre\lib\rt.jar查找加載對應(yīng)類絮缅。如果成功加載鲁沥，則返回；如果不成功耕魄，則進入②画恰。
  • ② 擴展類加載器。擴展類加載器在收到啟動類加載器未成功的情況下吸奴，會根據(jù)它的路徑訪問jre\lib\ext\*.jar查找加載對應(yīng)類允扇。如果成功加載，則返回则奥；如果不成功考润，則進入③。
  • ③ 應(yīng)用程序類加載器读处。應(yīng)用程序類加載器收到擴展類加載器不成功的情況下糊治，會根據(jù)它的路勁訪問ClassPath查找加載對應(yīng)的類。如果成功加載罚舱，則返回井辜；如果不成功绎谦，則進入④。
  • ④ 自定義類加載器粥脚。如果應(yīng)用程序類加載器在收到應(yīng)用程序類加載器不成功的情況下窃肠，會根據(jù)它自定義的路徑訪問查找加載對應(yīng)的類。如果成功加載刷允，則返回冤留；如果不從，則拋出ClassNotFoundExcepiton異常树灶。

上面的流程又可以稱為是雙親委派模型纤怒。

雙親委派模型

雙親委派模型流程

雙親委派模型加載流程

6. 類的加載方式

類的加載方式有三種：

• 1. 命令行啟動應(yīng)用的時候由JVM初始化加載。
     用一張圖即可說明破托。請見下圖：

     
     
     main方法JVM配置
• 2. 通過Class.forName()方法動態(tài)加載肪跋。
  • ① 我們先看測試示例代碼：

  public class TestClassLoader {
      public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
          Class.forName("com.jx.Test1");//直接通過Class.forName()來加載類
      }
  }
  

  • ② 接著跟進去查看Class.for()方法的實現(xiàn)歧蒋。

  public static Class<?> forName(String className)
              throws ClassNotFoundException {
      Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
      return forName0(className, true, ClassLoader.getClassLoader(caller), caller); // 這里會調(diào)用ClassLoader.getClassLoader()方法獲得該類的類加載器對象
  }
  

  • ③ 再跟進forName0()方法土砂，是一個native方法。

      private static native Class<?> forName0(String name, boolean initialize,
                                          ClassLoader loader,
                                          Class<?> caller)
      throws ClassNotFoundException;
  

  • ④ 上面的native forName0()方法會調(diào)用類加載器的ClassLoader.loadclass()方法谜洽。
    
    Class.forName()方法調(diào)用棧

  通過上面調(diào)用棧會發(fā)現(xiàn)Class.forName()方法本質(zhì)上最后會調(diào)用ClassLoader.loadClass()方法萝映。

• 3. 通過ClassLoader.loadClass()方法動態(tài)加載。
     直接上ClassLoader.loadClass()方法代碼阐虚，代碼的注釋已經(jīng)說明了很清楚了序臂。

  public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
      return loadClass(name, false);
  }
  
  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) //resolve字段表示是否進行【連接】階段處理
      throws ClassNotFoundException
  {
      synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
          // First, check if the class has already been loaded
          // 首先，判斷該類是否已經(jīng)加載過了实束。
          Class<?> c = findLoadedClass(name);
          if (c == null) {
              long t0 = System.nanoTime();
              try {
                  if (parent != null) { //如果父類存在
                      // 如果未加載過奥秆，則委派給父類進行加載。
                      c = parent.loadClass(name, false);
                  } else {
                      // 如果父類不存在咸灿，則交給BootstrapClassLoader來加載构订。 什么時候父類不存在呢？其實就是ExtClassLoader不存在父類的情況避矢。
                      c = findBootstrapClassOrNull(name);
                  }
              } catch (ClassNotFoundException e) {
                  // ClassNotFoundException thrown if class not found
                  // from the non-null parent class loader
                  // 如果父類通過緩存+加載都無法找到悼瘾，并拋出ClassNotFoundException異常時，則捕獲異常但不處理审胸。
              }
  
              if (c == null) {
                  // If still not found, then invoke findClass in order
                  // to find the class.                   
                  long t1 = System.nanoTime();
                  // 如果委托的父類們都無法找到該類亥宿，則本加載器自己親自動手去查找。
                  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;
      }
  }
  

  代碼中有幾個關(guān)鍵調(diào)用需要注意：

  • ① Class<?> c = findLoadedClass(name)通過緩存查找判斷是否存在該類砂沛。
    進一步查看該方法實現(xiàn)烫扼，又調(diào)用了native findLoadedClass0方法。

    protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {
        if (!checkName(name))
            return null;
        return findLoadedClass0(name);
    }
    
    private native final Class<?> findLoadedClass0(String name);
    

  • ② 當parent != null時碍庵，c = parent.loadClass(name, false);材蛛。如果父類不為空圆到，則委派給父類的loadClass()方法執(zhí)行。
    當 parent == null是卑吭，c = findBootstrapClassOrNull(name);父類如果為空時芽淡，則委派給BootstrapClassLoader來查找。
    這里就是雙親委派模型出現(xiàn)了豆赏。
  • ③ 當在經(jīng)過父類們緩存查找和加載后套才，仍然未找到該類，則本加載器會親自進行查找c = findClass(name);舔庶。這個方法很關(guān)鍵废恋。

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }
    

    通常情況下，我們自定義的用戶類加載器通過繼承ClassLoader抽象類后抚岗，重寫findClass()方法是比較的靠譜的或杠。

  到這里已經(jīng)把雙親委派模型講解了，還順帶講解了自定義類加載器宣蔚。

三向抢、ClassLoader代碼解讀-雙親委派模型

通過上面的《通過ClassLoader.loadClass()方法動態(tài)加載》已經(jīng)將雙親委派模型已經(jīng)詳細講解了。
部分補充請查看：
JVM學(xué)習(xí)（二）續(xù)1-ClassLoader代碼解讀-雙親委派模型

四胚委、自定義類加載器詳解

請參考另外一篇文章中有詳細講解挟鸠。
JVM學(xué)習(xí)（二）續(xù)2-自定義類加載器詳解