类的加载(classloader)

类的加载

• 当程序要使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过加载，连接，初始化三步来实现对这个类进行初始化。
  • 加载
    • 就是指将class文件读入内存，并为之创建一个Class对象。
    • 任何类被使用时系统都会建立一个Class对象。
  • 连接
    • 验证 是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致
    • 准备 负责为类的静态成员分配内存，并设置默认初始化值
    • 解析 将类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用
  • 初始化

类初始化（加载）时机

• 创建类的实例
• 访问类的静态变量，或者为静态变量赋值
• 调用类的静态方法
• 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象
• 初始化某个类的子类
• 直接使用java.exe命令来运行某个主类

类加载器

• 类加载器

  • 将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构，在堆内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区的类数据的访问入口。比较两个类是否相等，需要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，只要加载他们的类加载器不同，这两个类就不相等

• 类缓存

  • 查找类的时候，如果某个类被加载到类加载器中，它将缓存一段时间(jvm可以回收)

• 类加载器的层次结构

层次结构.png

• 类加载器的组成
  • Bootstrap ClassLoader 根类加载器
  • Extension ClassLoader 扩展类加载器
  • Sysetm ClassLoader 系统类加载器
• 类加载器的作用
  • Bootstrap ClassLoader 根类加载器
    • 也被称为引导类加载器，负责Java核心类的加载: 比如System,String等。负责加载%JAVA_HOME%/lib目录下面的包，虚拟机自己按名字识别，名字不符合的即使放在lib目录也不会被加载，C++实现(HotSpot)，不继承自java.class.ClassLoader，无法被java程序直接引用
  • Extension ClassLoader 扩展类加载器
    • 负责JRE的扩展目录中jar包的加载。加载%JAVA_HOME%/lib/ext目录下面的包，继承自java.class.ClassLoader，java虚拟机的实现会提供一个扩展类目录，该类加载器在此目录里面查找并加载类
  • Sysetm ClassLoader 系统类加载器
    • 负责在JVM启动时加载来自java命令的class文件，以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径

双亲委托机制

• 双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器之外，其他类加载器都应当有自己的父类加载器(逻辑上的继承)。
• 某个类加载器收到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类，直到最顶层的类加载器。如果父加载器加载成功，则返回，只有父加载器无法加载时，再由自己去加载
• 好处: 保证java核心类库的安全
• 并不是所有的类加载器都使用双亲委托，例如tomcat
• 每个web应用都有一个对应的类加载器实例，该类加载器也使用代理模式(不同于双亲委托)，他首先自己去尝试加载某个类，如果找不到再代理给父类加载器

双亲委托机制

• java.lang.ClassLoader
  • 根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节码，然后从这些字节码中定义出一个java类，即java.lang.Class类的一个实例
• getParent()
  • 返回该类加载器的父类加载器
• loadClass(String name)
  • 加载名为name的类，返回一个java.lang.Class类的实例
• findLoadedClass(String name)
  • 查找名为name的已加载的类，返回一个java.lang.Class类的实例
• findClass(String name)
  • 查找名为name的类，返回一个java.lang.Class类的实例
• defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
  • 把字节数组转换成java类，返回一个java.lang.Class类的实例

自定义类加载器

import org.apache.commons.io.IOUtils;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader {
    private String path;

    public FileSystemClassLoader(String path){
        this.path = path;
    }

    @Override
    public Class loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = findLoadedClass(name);
        if (clazz != null) {
            return clazz;
        }
        ClassLoader parent = this.getParent();
        try {
            clazz = parent.loadClass(name);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
        }
        if (clazz != null) {
            return clazz;
        }
        byte[] classData = getClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        return defineClass(name, classData, 0,classData.length);
    }

    private byte[] getClassData(String classname) {
        String file = path +"/"+ classname.replace('.', '/')+".class";
        try {
            return IOUtils.toByteArray(new FileInputStream(file));
        } catch (IOException e) {
        }
        return null;
    }
}