java classloader原理初探

java classloader原理初探

ClassLoader是用来处理类加载的类，它管理着具体类的运行时上下文。
1.ClassLoader存在的模块意义：
1）从java的package定义出发：
classloader是通过分层的关联方式来管理运行中使用的类，不同的classloader中管理的类是不相同的，或者即便两个类毫无二致（除了路径）也是不同的两个类，在进行强制转换时也会抛出ClassCastException。所以，通过classloader的限制，我们可以建立不同的package路径以区别不同的类（注意这里的“不同”是指，命名和实现完全一致，但是有不同的包路径。）。那么也是因为有特定的classloader，我们可以实现具体模块的加载，而不影响jvm中其他类，即发生类加载的冲突。
2）但是，如果两个在不同路径下的类（我们假定，这两个类定义中，不存在package声明，完全一样的两个类），经过不同的classloader加载，这两个类在jvm中产生的实例可以相互转换吗？
答案是否定的。即便这两个类除了存在位置不同之外，都完全一样。经由不同classloader加载的两个类依然是不同的两个对象。通过Class.newInstance()或者Class.getConstructor().newInstance()产生的对象是完全不同的实例。
以上两种情况，package可以使得我们的软件架构清晰，但那不是最终作用，如果跟classloader结合起来理解，效果更好。
2.ClassLoader的类加载机制：
ClassLoader作为java的一个默认抽象类，给我们带来了极大的方便，如果我们要自己实现相应的类加载算法的话。
每个类都有一个对应的class与之绑定，并且可以通过MyClass.class方式来获取这个Class对象。通过Class对象，我们就能获取加载这个类的classloader。但是，我们现在要研究的是，一个类，是如何通过classloader加载到jvm中的。
其中有几个关键方法，值得我们了解一番：
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException；
我们可以假设一个实例在建立时，例如通过new方式，是经由如此步骤实现：ClassLoader.loadClass("classname",false).newInstance()。
接下来需要考虑的是loadClass方法为我们做了哪些工作？如何跟对应的.class文件结合，如何将对应的文件变成我们的Class对象,如何获得我们需要的类？
在ClassLoader类中，已经有了loadClass默认实现。我们结合源代码说明一下：

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// 首先检查，jvm中是否已经加载了对应名称的类，findLoadedClass(String )方法实际上是findLoadedClass0方法的wrapped方法，做了检查类名的工
//作，而findLoadedClass0则是一个native方法，通过底层来查看jvm中的对象。
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {//类还未加载
try {
if (parent != null) {
//在类还未加载的情况下，我们首先应该将加载工作交由父classloader来处理。
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//返回一个由bootstrap class loader加载的类，如果不存在就返回null
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);//这里是我们的入手点，也就是指定我们自己的类加载实现
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);//用来做类链接操作
}
return c;
}

在这段代码中，应该已经说明了很多问题，那就是jvm会缓存加载的类，所以，在我们要求classloader为我们加载类时，要先通过findLoadedClass方法来查看是否已经存在了这个类。不存在时，就要先由其parent class loader 来loadClass，当然可以迭代这种操作一直到找到这个类的加载定义。如果这样还是不能解决问题，对于我们自己实现的class loader而言，可以再交由system class loader来loadClass，如果再不行，那就让findBootstrapClassOrNull。经历了如此路程，依然不能解决问题时，那就要我们出马来摆平，通过自己实现的findClass(String)方法来实现具体的类加载。
这段实现代码摘自Andreas Schaefer写的文章中的代码（这篇文章相当精彩）

protected Class findClass( String pClassName )
throws ClassNotFoundException {
try {
System.out.println( "Current dir: " + new File( mDirectory ).getAbsolutePath() );
File lClassFile = new File( mDirectory, pClassName + ".class" );
InputStream lInput = new BufferedInputStream( new FileInputStream( lClassFile ) );
ByteArrayOutputStream lOutput = new ByteArrayOutputStream();
int i = 0;
while( ( i = lInput.read() ) >= 0 ) {
lOutput.write( i );
}
byte[] lBytes = lOutput.toByteArray();
return defineClass( pClassName, lBytes, 0, lBytes.length );
} catch( Exception e ) {
throw new ClassNotFoundException( "Class: " + pClassName + " could not be found" );
}
}

findClass方法主要的工作是在指定路径中查找我们需要的类。如果存在此命名的类，那么就将class文件加载到jvm中，再由defineClass方法（一个native方法）来生成具体的Class对象。
一般来说，经过上述方式来加载类的话，我们的类可能都在一个classloader中加载完成。但是，再强调一下，那就是如果类有不同路径或者不同包名，那就是不同类定义。