java类加载机制

Java ClassLoader机制解析

JDK 默认提供了如下几种ClassLoader

Bootstrap loader

Bootstrp加载器是用C++语言写的，它是在Java虚拟机启动后初始化的，它主要负责加载

%JAVA_HOME%/jre/lib

,

-Xbootclasspath

参数指定的路径以及

%JAVA_HOME%/jre/classes

中的类。可以在执行java命令中使用-Xbootclasspath选项或-D指定。

import java.net.*;
class test {
public static void main(String[] args){
URL[] urls=sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}
}
}

结果：

file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Java/jdk1.7.0_79/jre/classes

ExtClassLoader  

Bootstrp loader加载ExtClassLoader,并且将ExtClassLoader的父加载器设置为Bootstrap loader。ExtClassLoader是用Java写的，具体来说就是 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader，ExtClassLoader主要加载

%JAVA_HOME%/jre/lib/ext

，此路径下的所有classes目录以及

java.ext.dirs

系统变量指定的路径中类库。

AppClassLoader 

Bootstrap loader加载完ExtClassLoader后，就会加载AppClassLoader,并且将AppClassLoader的父加载器指定为 ExtClassLoader。AppClassLoader也是用Java写成的，它的实现类是 sun.misc.Launcher$AppClassLoader，另外我们知道ClassLoader中有个

getSystemClassLoader

方法,此方法返回的正是AppclassLoader.AppClassLoader主要负责加载classpath所指定的位置的类或者是jar文档，它也是Java程序默认的类加载器。

综上所述，它们之间的关系可以通过下图形象的描述:

                                           

双亲委托模型

Java中ClassLoader的加载采用了双亲委托机制，采用双亲委托机制加载类的时候采用如下的几个步骤：
1.当前ClassLoader首先从自己已经加载的类中查询是否此类已经加载，如果已经加载则直接返回原来已经加载的类。

tips：每个类加载器都有自己的加载缓存，当一个类被加载了以后就会放入缓存，等下次加载的时候就可以直接返回了。

2.当前classLoader的缓存中没有找到被加载的类的时候，委托父类加载器去加载，父类加载器采用同样的策略，首先查看自己的缓存，然后委托父类的父类去加载，一直到bootstrp
ClassLoader。

3.当所有的父类加载器都没有加载的时候，再由当前的类加载器加载，并将其放入它自己的缓存中，以便下次有加载请求的时候直接返回。

说到这里大家可能会想，Java为什么要采用这样的委托机制？理解这个问题，我们引入另外一个关于Classloader的概念“命名空间”，
它是指要确定某一个类，需要类的全限定名以及加载此类的ClassLoader来共同确定。也就是说即使两个类的全限定名是相同的，但是因为不同的 ClassLoader加载了此类，那么在JVM中它是不同的类。明白了命名空间以后，我们再来看看委托模型。采用了委托模型以后加大了不同的 ClassLoader的交互能力，比如上面说的，我们JDK本身提供的类库，比如hashmap,linkedlist等等，这些类由bootstrap 类加载器加载了以后，无论你程序中有多少个类加载器，那么这些类其实都是可以共享的，这样就避免了不同的类加载器加载了同样名字的不同类以后造成混乱。

如何自定义ClassLoader

Java除了上面所说的默认提供的classloader以外，它还容许应用程序可以自定义classloader，那么要想自定义classloader我们需要通过继承

java.lang.ClassLoader

来实现,接下来我们就来看看再自定义Classloader的时候，我们需要注意的几个重要的方法：

1.loadClass 方法

public Class<?> loadClass(String name)  throws ClassNotFoundException

上面是loadClass方法的原型声明，上面所说的双亲委托机制就是在此方法中实现的。下面我们就来看看此方法的代码来看看它到底如何实现双亲委托的。

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException
{
<span style="white-space:pre">	</span>return loadClass(name, false);
}

2.findClass方法

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
{
<span style="white-space:pre">	</span>throw new ClassNotFoundException(name);
}

我们可以看出此方法默认的实现是直接抛出异常，其实这个方法就是留给我们应用程序来override的。那么具体的实现就看你的实现逻辑了，你可以从磁盘读取，也可以从网络上获取class文件的字节流，获取class二进制了以后就可以交给

defineClass

来实现进一步的加载。defineClass我们再下面再来描述。
ok，通过上面的分析，我们可以得出如下结论：
我们在写自己的ClassLoader的时候，如果想遵循双亲委托机制，则只需要override 

findClass

3.defineClass

我们首先还是来看看defineClass的源码：

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)  throws ClassFormatError
{
<span style="white-space:pre">	</span>return defineClass(name, b, off, len, null);
}

从上面的代码我们看出此方法被定义为了final，这也就意味着此方法不能被Override，其实这也是jvm留给我们的唯一的入口，通过这个唯
一的入口，jvm保证了类文件必须符合Java虚拟机规范规定的类的定义。此方法最后会调用native的方法来实现真正的类的加载工作。
tips：假如我们自己写了一个

java.lang.String

的类，我们是否可以替换调JDK本身的类？
答案是否定的。我们不能实现。为什么呢？我看很多网上解释是说双亲委托机制解决这个问题，其实不是非常的准确。因为双亲委托机制是可以打破的，你完全可以自己写一个classLoader来加载自己写的

java.lang.String

类，但是你会发现也不会加载成功，具体就是因为针对java.*开头的类，jvm的实现中已经保证了必须由bootstrp来加载。

不遵循“双亲委托机制”的场景

上面说了双亲委托机制主要是为了实现不同的ClassLoader之间加载的类的交互问题，被大家公用的类就交由父加载器去加载，但是Java中确实也存在父类加载器加载的类需要用到子加载器加载的类的情况。下面我们就来说说这种情况的发生。

Java中有一个SPI(Service Provider Interface)标准,使用了SPI的库，比如JDBC，JNDI等，我们都知道JDBC需要第三方提供的驱动才可以，而驱动的jar包是放在我们应 用程序本身的classpath的，而jdbc 本身的api是jdk提供的一部分，它已经被bootstrap加载了，那第三方厂商提供的实现类怎么加载呢？这里面JAVA引入了线程上下文类加载的概 念，线程类加载器默认会从父线程继承，如果没有指定的话，默认就是系统类加载器（AppClassLoader）,这样的话当加载第三方驱动的时候，就可以通过线程的上下文类加载器来加载。

另外为了实现更灵活的类加载器OSGI以及一些Java app server也打破了双亲委托机制。

自定义ClassLoader

定义自已的类加载器分为两步：

定义自已的类加载器分为两步：

1、继承java.lang.ClassLoader

2、重写父类的findClass方法

读者可能在这里有疑问，父类有那么多方法，为什么偏偏只重写findClass方法？

因为JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了ClassLoader搜索类的算法，当在loadClass方法中搜索不到类时，loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类，所以我们只需重写该方法即可。如没有特殊的要求，一般不建议重写loadClass搜索类的算法。下图是API中ClassLoader的loadClass方法：

读者可能在这里有疑问，父类有那么多方法，为什么偏偏只重写findClass方法？

因为JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了ClassLoader搜索类的算法，当在loadClass方法中搜索不到类时，loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类，所以我们只需重写该方法即可。如没有特殊的要求，一般不建议重写loadClass搜索类的算法。

示例：自定义一个NetworkClassLoader，用于加载网络上的class文件

import ja
bde5
va.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.net.URL;

/**
* 加载网络class的ClassLoader
*/
public class NetworkClassLoader extends ClassLoader {

private String rootUrl;

public NetworkClassLoader(String rootUrl) {
this.rootUrl = rootUrl;
}

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
Class clazz = null;//this.findLoadedClass(name); // 父类已加载
//if (clazz == null) {  //检查该类是否已被加载过
byte[] classData = getClassData(name);  //根据类的二进制名称,获得该class文件的字节码数组
if (classData == null) {
throw new ClassNotFoundException();
}
clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length);  //将class的字节码数组转换成Class类的实例
//}
return clazz;
}

private byte[] getClassData(String name) {
InputStream is = null;
try {
String path = classNameToPath(name);
URL url = new URL(path);
byte[] buff = new byte[1024 * 4];
int len = -1;
is = url.openStream();
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
while ((len = is.read(buff)) != -1) {
baos.write(buff, 0, len);
}
return baos.toByteArray();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (is != null) {
try {
is.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
return null;
}

private String classNameToPath(String name) {
return rootUrl + "/" + name.replace(".", "/") + ".class";
}

}

测试类：

public class ClassLoaderTest {

public static void main(String[] args) {
try {
String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";
NetworkClassLoader networkClassLoader = new NetworkClassLoader(rootUrl);
String classname = "org.classloader.simple.NetClassLoaderTest";
Class clazz = networkClassLoader.loadClass(classname);
System.out.println(clazz.getClassLoader());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

Tomcat的类加载器

目前常用web服务器中都定义了自己的类加载器，用于加载web应用指定目录下的类库（jar或class），如：Weblogic、Jboss、tomcat等，下面我以Tomcat为例，展示该web容器都定义了哪些个类加载器：

1、新建一个web工程httpweb

2、新建一个ClassLoaderServletTest，用于打印web容器中的ClassLoader层次结构

import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

public class ClassLoaderServletTest extends HttpServlet {

public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {

response.setContentType("text/html");
PrintWriter out = response.getWriter();
ClassLoader loader = this.getClass().getClassLoader();
while (loader != null) {
out.write(loader.getClass().getName() + "<br/>");
loader = loader.getParent();
}
out.write(String.valueOf(loader));
out.flush();
out.close();
}

public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
this.doGet(request, response);
}

}

3、配置Servlet，并启动服务

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app version="2.4"
xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee
 http://java.sun.com/xml/ns/j2ee/web-app_2_4.xsd"> 
<servlet>
<servlet-name>ClassLoaderServletTest</servlet-name>
<servlet-class>ClassLoaderServletTest</servlet-class>
</servlet>

<servlet-mapping>
<servlet-name>ClassLoaderServletTest</servlet-name>
<url-pattern>/servlet/ClassLoaderServletTest</url-pattern>
</servlet-mapping>
<welcome-file-list>
<welcome-file>index.jsp</welcome-file>
</welcome-file-list>
</web-app>

4、访问Servlet，获得显示结果