Java ClassLoader总结
从一个题目开始
public class StaticTest {
public static void main(String[] args)
{
staticFunction();
}
static StaticTest st = new StaticTest();// 1
static
{
System.out.println("1");
}
{
System.out.println("2");
}
StaticTest()
{
System.out.println("3");
System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);
}
public static void staticFunction() {
System.out.println("4");
}
int a = 110;
static int b = 112;
}
这段结果的输出如下：
2
3
a=11,b=0
1
4
原因在于：
StaticTest中的静态方法时，首先要加载StaticTest类，然后依次初始化类中的静态变量并执行静态代码块。因此首先会创建一个StaticTest实例。创建示例前会执行{}代码块，并执行构造函数。狗仔函数执行时，尚未执行static变量的初始化，但是a=100已经被编译器生成的init函数执行。构造函数执行完成后执行Static代码块，最后执行静态函数。
从这个例子引出一个问题，类是如何加载的？
Classloader是什么
Java源码首先被编译成.class文件,当需要用到一个类时，虚拟机会把.class文件读取到内存中，编程class对象。用于读取class文件到内存的类就是ClassLoader。
JDK中有三种内置的Classloader：
- Bootstrap Class Loader - Java最顶层的Classloader，主要是用于加载JDK核心类，包括%JRE_HOME%\lib下的rt.jar等。
- Extensions Class Loader - 用于加载JDK相关的扩展类，主要是$JAVA_HOME/lib/ext这个目录下的类。
- System Class Loader - 用于加载当前应用classpath下的所有类，也被称作AppClassLoader
下面是一个例子：
public class TestClassloader {
public static void main(String[] args) {
System.out.print("Class Loader of " + String.class + " is "
+ String.class.getClassLoader() + "\r\n");
System.out.print("Class Loader of " + ECDHKeyAgreement.class + " is "
+ ECDHKeyAgreement.class.getClassLoader() + "\r\n");
System.out.print("Class Loader of " + MyClass.class + " is "
+ MyClass.class.getClassLoader() + "\r\n");
}
static class MyClass {
private String mName = "MyClass";
String getName() {
return mName;
}
}
}
输出结果如下:
Class Loader of class java.lang.String is null
Class Loader of class sun.security.ec.ECDHKeyAgreement is sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@232204a1
Class Loader of class com.minghui.test.TestClassloader$MyClass is sun.misc.Launcher$AppClassLoader@659e0bfd
从结果可以看出：
- String类是由Bootstrap Class Loader读取的，Bootstrap Class Loader并不是一个Java类，它是通过本地代码实现的。因此返回null。
- ECDHKeyAgreement类是在$JAVA_HOME/lib/ext/sunec.jar中因此返回的类加载器为ExtClassLoader。
- MyClass是自定义的类，类加载器为AppClassLoader
双亲委托模型
分析双亲委托模型可以直接从Classloader的源码入手：
protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
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.
long t1 = System.nanoTime();
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;
}
}
loadClass的流程大致如下:
- 首先从缓存中读取Class
- 如果1没有读到，尝试使用父ClassLoader读取
- 如果2没有读到，尝试通过BootstrapClassLoader读取
- 如果3没有读到，则通过findClass方法读取，findClass是一个抽下函数需要子类实现
双亲委托模型的意义在于安全，如果不使用双亲委托模型则可能存在安全风险，例如可以编写一个java.lang.string类，并读取到内存中代替JDK中的String类。
需要注意的一点是，例子中的父ClassLoader在这里都是指包含关系。
自定义Classloader
直接上代码:
public class TestClassloader {
public static void main(String[] args) {
FileClassLoader classLoader = new FileClassLoader("D:/MyClass.class");
try {
Class stringClass = classLoader.loadClass("java.lang.String");
System.out.println("stringClass loader: " + stringClass.getClassLoader());
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
try {
Class stringClass = classLoader.loadClass("com.minghui.test.MyClass");
System.out.println("MyClass loader: " + stringClass.getClassLoader());
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
static class FileClassLoader extends ClassLoader {
String mClassFileName;
public FileClassLoader(String fileName) {
mClassFileName = fileName;
}
public Class loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
System.out.println("loadClass name is " + name);
return super.loadClass(name);
}
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
System.out.println("findClass name is " + name);
try {
byte[] data = loadClassFileData(name);
Class myClass = defineClass(name, data, 0, data.length);
return myClass;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
private byte[] loadClassFileData(String name) throws IOException {
InputStream inputStream = null;
try {
File file = new File(mClassFileName);
inputStream = new FileInputStream(file);
byte buff[] = new byte[(int) file.length()];
inputStream.read(buff);
return buff;
} finally {
if (inputStream != null) {
inputStream.close();
}
}
}
}
}
输出结果如下:
loadClass name is java.lang.String
stringClass loader: null
loadClass name is com.minghui.test.MyClass
findClass name is com.minghui.test.MyClass
loadClass name is java.lang.Object
MyClass loader: com.minghui.test.TestClassloader$FileClassLoader@70dea4e
可以看到：
- String类是由父加载器（BootupClassloader）完成加载
- 由于MyClass不存在于Classpath中，因此父加载器都无法加载，由FileClassLoader加载
注意到一种的一行打印是** "loadClass name is java.lang.Object
"**,通过打印调用栈看在defineClass方法的内部会调用loadclass读取需要定义的类的父类。调用栈如下：
java.lang.Exception: loadClass name is java.lang.Object
at com.minghui.test.TestClassloader$FileClassLoader.loadClass(TestClassloader.java:43)
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:760)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at com.minghui.test.TestClassloader$FileClassLoader.findClass(TestClassloader.java:52)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at com.minghui.test.TestClassloader$FileClassLoader.loadClass(TestClassloader.java:45)
at com.minghui.test.TestClassloader.main(TestClassloader.java:25)
参考文档
Understanding and Extending Java ClassLoader