JVM类加载器

概述

        从上一篇博文中，我们知道，在类加载过程中的第一个阶段“加载”阶段需要完成的一个动作是：通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流，而完成这个动作的代码模块便是“类加载器”。类加载器可以说是Java语言的一项创新，也是Java语言流行的重要原因之一，它最初是为了满足Java Applet的需求而开发出来的，虽然现在Java Applet技术已经销声匿迹，但是类加载器却在类层次划分、OSGi、热部署、代码加密等领域大放异彩，成为了Java技术体系中一块重要的基石。

类与类加载器

        类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身异同确立其在Java虚拟机中的唯一性。换句话说，比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。

        这里所指的“相等”，包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括使用instanceof关键字关系判定情况。下面用一段代码演示不同的类加载器对instanceof关键字运算结果的影响。

/**
 * 类加载器与instanceof关键字演示
 */
public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
            @Override
            public Class loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try{
                    String filename = name.substring(name.lastIndexOf(".")+1) + ".class";
                    InputStream is = getClass().getResourceAsStream(filename);
                    if (is == null){
                        return super.loadClass(name);
                    }
                    byte[] b = new byte[is.available()];
                    is.read(b);
                    return defineClass(name, b, 0, b.length);
                }catch (IOException e){
                    throw new ClassNotFoundException(name);
                }

            }
        };
        Object obj = myLoader.loadClass("com.jvm.test.ClassLoaderTest").newInstance();
        System.out.println(obj.getClass());
        System.out.println(obj instanceof com.jvm.test.ClassLoaderTest);
    }
}

运行结果如下

上述代码构造了一个简单的类加载器，它可以加载与自己在同一个路径下的Class文件。我们使用这个类加载器去加载了一个名为“com.jvm.test.ClassLoader”的类，并实例化了这个类的对象。从运行结果的第一行可以看出，这个对象确实是“com.jvm.test.ClassLoaderTest”实例化出来的对象，但从第二句可以发现，这个对象与类“com.jvm.test.ClassLoaderTest”做所属类型检查时却返回了false，这是因为虚拟机中存在了两个ClassLoaderTest类，一个是由系统应用程序类加载器加载而来，另外一个是由我们自己定义的类加载器加载的，虽然它们来自同一Class文件，但却是两个独立的类，做对象所属类型检查时结果自然为false。

双亲委派模型

        从Java虚拟机（这里指HotSpot虚拟机）的角度看，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）,它是用C++语言实现的，是虚拟机的一部分；另外一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

        从Java开发人员的角度来看，类加载器还可以分得更细致一些，系统提供的类加载器可以分为以下3种

• 启动类加载器（BootStrap ClassLoader）：上文已经介绍过，这个类加载器负责将存放在JAVA_HOME\lib目录中的、或者被-Xbootclasspath参数所指定的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载JAVA_HOME\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

我们的应用程序都是由这3中类加载器相互配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系如下图所示

图示的类加载器之间的这种层次关系，被称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。

        双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，字加载器才会尝试自己去加载。

        使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，如论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行加载的话，如果用户自己编写了一个java.lang.Object类，并放在程序的Classpath中，那么系统中将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证，应用程序也将变得一片混乱。