编者按
笔者最近在为WebSphere中的项目引入第三方jar的过程中遇到一些阻碍。虽然根据网上的资料解决了问题，但忽然觉得对Java类加载器的认识知之甚少，只停留在和反射的配合使用上，遂决定一探究竟。于是有了这篇文章，即备日后查询又可飨读者。水平有限，如有纰漏还望大神不吝赐教。
目录
一、 之乎者也：什么是 Class Loader ？
二、 格物致知：验证 Class Loader 的加载方式
三、 切磋琢磨：一个简单的自定义 Class Loader
四、 他山之石：其他框架中的自定义 Class Loader（未完待续）
五、 别有洞天：关于Class Loader的相关拓展（未完待续）
一、 之乎者也：什么是 Class Loader ？
1. 简明定义与说明
- 作为Java运行时环境的一部分，Java类加载器动态地加载Java类到Java虚拟机中。在Java中，库通常被打包在Jar文件中。库中可以包含不同种类的对象， 而在Jar文件中最重要的一种对象类型就是Java类文件（Java class），类文件可以视为一段被命名的代码。类加载器负责定位库，读取其中的内容并加载库中的类。加载过程一般是按需进行地， 即只有类被调用时加载过程才会发生。一个被命名的类只能由指定的类加载器加载一次。每一个类又必须由一个类加载器所加载。
2. Java虚拟机启动时使用的Class Loader
| 序号 | 类型 | 查找范围 |
|---|---|---|
| 1 | Bootstrap class loader | %JAVA_HOME%/jre/lib %JAVA_HOME%/jre/classes -Xbootclasspath1 |
| 2 | Extensions class loader | %JAVA_HOME%/jre/lib/ext java.ext.dirs |
| 3 | System class loader | CLASSPATH -classpath Mainfest |
3. 双亲委托
图1-1 使用双亲委托机制的类加载方式.PNG
当前Class Loader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。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。
当前Class Loader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，直到bootstrap Class Loader。
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。
通过自定义Class Loader（具体指重载loadClass方法），Java推荐的双亲委托机制可以被打破。
二、 格物致知：验证 Class Loader 的加载方式
验证上述三个Class Loader的存在并建立对双亲委托机制的初步认识
1. 准备工作
2.1.1 试验代码
//D:/ClassLoaderTest.java
// 如果在IDE中编辑，可能会提示IntMath找不到，无视
import com.google.common.math.IntMath;
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
logClassLoader( IntMath.class);
}
public static void logClassLoader(Class tClass) {
System.out.println(
String.format(
"打印类 %s 的类加载器链：", tClass.getCanonicalName()));
ClassLoader classLoader = tClass.getClassLoader();
while (classLoader!=null) {
System.out.println(
String.format(
"类加载器链：%s", classLoader.toString()));
classLoader = classLoader.getParent();
}
System.out.println( "类加载器链: Bootstrap class loader");
}
}
2.1.2 第三方Jar包位置
D:\repo\com\google\guava\guava\11.0.2\guava-11.0.2.jar
2.1.3 编译
javac -classpath ./;D:\repo\com\google\guava\guava\11.0.2\guava-11.0.2.jar
-encoding utf-8 .\ClassLoaderTest.java
2. 运行结果
这里直接使用Java命令的参数来控制类加载器的搜索路径， 也可以通过其他方法指定， 详见 附 中 2. 通过其他方式指定类加载器的搜索路径 一节
图2-1 ClassLoader测试一.PNG
图2-2 ClassLoader测试二.PNG
三、 切磋琢磨：一个简单的自定义 Class Loader
1. 准备知识
| 关键方法 | 描述 |
|---|---|
| loadClass:(name:String, resolve:boolean)=>Class | 用资源名称加载Class |
| findClass:(name:String)=>Class | 用资源名称查找Class |
| defineClass:(name:String, b:byte[], off:int, len:int)=>Class | 转换字节数组到一个Class的实例 |
- 实施步骤
- 继承ClassLoader
- 如果要修改双亲委托的代理方式，重写loadClass方法
- 重写findClass方法
2. 准备工作
3.2.1 试验代码
//D:/Main.java
import java.lang.reflect.Method;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
CustomerClassLoader customerClassLoader = new CustomerClassLoader(
Main.class.getClassLoader(),
"D:/CustomerClassLoaderRepo" );
Class clazz = customerClassLoader.loadClass( "HelloWorld");
Object object = clazz.getConstructor(new Class[]{}).newInstance();
Method method = clazz.getMethod("sayHello", String.class);
method.invoke( object, "tom");
logClassLoaders(clazz);
}
public static void logClassLoaders( Class tClass) {
System.out.println( String.format(
"打印类 %s 的类加载器链:", tClass.getCanonicalName()));
ClassLoader classLoader = tClass.getClassLoader();
while ( classLoader != null) {
System.out.println( String.format(
"类加载器链：%s", classLoader.toString()));
classLoader = classLoader.getParent();
}
System.out.println( "类加载器链: Bootstrap class loader");
}
}
//D:/CustomerClassLoader.java
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.Paths;
public class CustomerClassLoader extends ClassLoader {
private String url_prefix;
public CustomerClassLoader(ClassLoader parent, String url_prefix) {
super(parent);
this.url_prefix = "file:///" + url_prefix;
}
@Override
protected Class findClass(String name)
throws ClassNotFoundException {
byte[] bytes = loadClassData(url_prefix + "/" + name + ".class");
return super.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
}
private byte[] loadClassData(String name)
throws ClassNotFoundException {
return loadClassDate(Paths.get(URI.create(name)));
}
private byte[] loadClassDate(Path path)
throws ClassNotFoundException {
if ( path!=null &&
path.isAbsolute() &&
Files.exists( path) &&
Files.isRegularFile( path)) {
try {
return Files.readAllBytes( path);
} catch ( IOException e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException("文件读取错误");
}
} else {
throw new ClassNotFoundException("文件地址不符合规则");
}
}
}
//D:/HelloWorld.java
public class HelloWorld {
public void sayHello( String name) {
System.out.println( "Hello World, I'm " + name);
}
}
3.2.2 文件位置
- D:
- \CustomerClassLoaderRepo
- HelloWorld.java
- HelloWorld.class
- Main.java
- Main.class
- CustomerClassLoader.java
- CustomerClassLoader.class
3. 运行结果
图3-1 自定义ClassLoader测试.PNG
4. 使用URLClassLoader
3.4.1 试验代码
以上只是笔者在学（发）习（呆）， 实际工作中我们可以使用诸多ClassLoader的子类来提升开发效率。如下是使用URLClassLoader来实现相同的功能。
图3-2 URLClassLoader的继承关系.PNG
//D:/Main.java
import java.lang.reflect.Method;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//CustomerClassLoader customerClassLoader = new CustomerClassLoader(
// Main.class.getClassLoader(),
// "D:/CustomerClassLoaderRepo" );
//Class clazz = customerClassLoader.loadClass( "HelloWorld");
URL url = new URL("file:///D:CustomerClassLoaderRepo/");
URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(
new URL[]{url} , Main.class.getClassLoader());
Class clazz = urlClassLoader.loadClass( "HelloWorld");
Object object = clazz.getConstructor(new Class[]{}).newInstance();
Method method = clazz.getMethod("sayHello", String.class);
method.invoke( object, "tom");
logClassLoaders(clazz);
urlClassLoader.close(); //释放资源
}
public static void logClassLoaders( Class tClass) {
System.out.println( String.format(
"打印类 %s 的类加载器链:", tClass.getCanonicalName()));
ClassLoader classLoader = tClass.getClassLoader();
while ( classLoader != null) {
System.out.println( String.format(
"类加载器链：%s", classLoader.toString()));
classLoader = classLoader.getParent();
}
System.out.println( "类加载器链: Bootstrap class loader");
}
}
3.4.2 文件位置
- 同 3.3.2
3.4.3 运行结果
图3-3 URLClassLoader测试.PNG
四、 他山之石：其他框架中的自定义 Class Loader（未完待续）
1. Spring Boot 中的 Class Loader
2. Tomcat 中的 Class Loader
3. WebSphere 中的 Class Loader
五、 别有洞天：关于Class Loader的相关拓展（未完待续）
1. Class Loader与热部署
2. 自定义加载方式
3. 多线程下的Class Loader
结语
引用
- Java Classloader（Wiki）
- Java8 API
- the Parent-Delegation Model