【深入理解Java虚拟机 】类的加载器

1. 类加载器的分类

1. JVM 自带的类加载器

• 根类加载器( BootStrap )
• 拓展类加载器 ( Extension )
• 系统 (应用) 加载器 ( System / AppClassLoader)

1. 开发者自己创建的类加载器

• java.long.ClassLoader 的子类

      public abstract class ClassLoader { 
       // 抽象类，不能实例化吗，需要继承并重写其方法
    } 

2. 加载时机

类加载器不是在 "首次主动" 使用的时候采取尝试加载一般情况下回提前加载类，但不会初始化这个类.这是因为JVM虚拟机规范允许在预料某个类将要被使用的时候提前加载它，如果这个类不存在，那么JVM 将会在首次主动使用的时候报 LinkageError 异常信息

3、双亲委派机制(Delegate Model)

， 自JDK 1.2 开始类加载器使用的是双亲委派机制，这样更能保证Java虚拟机的安全性。除了根类加载器外,其他加载器有且只有一个父类加载器，当接收到一个加载类的请求的时候，类加载器首选会委托父类加载器加载，如果父类不能成功加载，则交给其加载。

4、详解类加载器

4.1 根类加载器（bootstrap class loader)

它用来加载 Java 的核心类，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader（负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class 比如 java.lang.* ，由C++实现，不是ClassLoader子类）。由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。

4.2 扩展类加载器（extensions class loader)

它负责加载JRE的扩展目录，lib/ext或者由java.ext.dirs系统属性指定的目录中的JAR包的类。由Java语言实现，父类加载器为 根类加载器 。

4.3 系统类加载器（system class loader)

被称为系统（也称为应用）类加载器，它负责在JVM启动时加载来自Java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性，或者CLASSPATH换将变量所指定的JAR包和类路径。程序可以通过ClassLoader的静态方法getSystemClassLoader()来获取系统类加载器。如果没有特别指定，则用户自定义的类加载器都以此类加载器作为父加载器。由Java语言实现，父类加载器为ExtClassLoader。

4.4 用户自定义类加载器

5、 类加载器的获取以及自定义

**启动类加载器不属于 JVM 实现** ,在 java 环境中无法获取到，java 中使用n null 来标记启动类加载器 Bootstrap ClassLoader

  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
   //如果某个类使用BootStrap加载器加载，那么获取这个类的类加载器将返回null，比如String类型
    Class aClass = Class.forName("java.lang.String");
    assert aClass.getClassLoader() == null;

    Class thisClass = Class.forName("com.zhoutao.classload.ReferenceExample007");
    assert thisClass.getClassLoader() != null;
    System.out.println(thisClass.getClassLoader());
    // 输出 jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@2c13da15
  }

    // 或者其他方式
  public class ReferenceExample008 {

  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

    // 获取当前类的加载器
    ClassLoader classLoader = ReferenceExample008.class.getClassLoader();

    // 获取当前线程的加载器(上下文的加载是由当前现成的创建者的提供的)
    ClassLoader classLoader1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

    // 获取系统(应用) 加载器
    ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
  }
}

6、自定义类的加载器

自定义类加载器，是通过继承抽象类 ClassLoader 重写 findClass 方法来实现的，类加载的加载流程如下:

• 通过 findLoadedClass(String) 查询此类是否已经被加载，已经被加载，则不会执行接在
• 通过 loadClass 尝试通过父类加载器加载，若父类加载器为 null, 则会通过启动类加载器加载该类
• 如果父类加载器加载失败，那么才开始使用 findClass(String) 方法加载此类

笔者将尝试在磁盘目录中加载Class文件,具体的加载实现如下图:

class MyClassLoader extends ClassLoader {

    private String classLoaderName;

    private String classPath;

    public MyClassLoader(String classPath, String classLoaderName) {
      super(); // 未指定则默认使用应用类加载器
      this.classLoaderName = classLoaderName;
      this.classPath = classPath;
    }

    public MyClassLoader(ClassLoader parent, String classLoaderName) {
      super(parent); // 显式的指定父类加载器
      this.classLoaderName = classLoaderName;
    }

    @Override
    protected Class findClass(String name) {
      System.out.println("MyClassLoader.findClass");
      byte[] bytes = null;
      try {
        bytes = loadClassByte(name);
        return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
      } catch (Exception e) {

        throw new RuntimeException(e);
      }
    }

    private byte[] loadClassByte(String name) throws Exception {
      name = name.replace(".", "/");
      File file = new File(this.classPath + name + ".class");
      System.out.println(file.exists());

      try (ByteArrayOutputStream byteStream = new ByteArrayOutputStream();
          InputStream fileStream = new FileInputStream(file)) {

        int ch;
        while ((ch = fileStream.read()) != -1) {
          byteStream.write(ch);
        }
        return byteStream.toByteArray();
      }
    }
  }

其他

• 在自定义类加载的时候，使用 loadClass 方法加载类的时候，并不会造成类的初始化
• 如果某个类使用BootStrap加载器加载，那么获取这个类的类加载器将返回null，比如String类型

   Class aClass = Class.forName("java.lang.String");
   assert aClass.getClassLoader() == null;

• 数据的类型是由 JVM 自动创建的，当通过数组的class获取其类加载器的时候，将会返回其数组的元素类型的类加载器。如果是原生类型的数组话，将返回null;

  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        
    // 返回null,因为 String 类是由启动类加载器加载的，JVM 使用null标识启动类加载器
    String[] strings = new String[0];
    System.out.println(strings.getClass().getClassLoader());

    // 返回 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
    // 即系统(应用)加载器
    ReferenceExample008[] example008s = new ReferenceExample008[0];
    System.out.println(example008s.getClass().getClassLoader());

    // 原生类型的数据，没有类加载器，返回 null
    int[] ints = new int[0];
    System.out.println(ints.getClass().getClassLoader());
  }

参考资料

• jvm之java类加载机制和类加载器(ClassLoader)的详解

本文由博客群发一文多发等运营工具平台 OpenWrite 发布