JAVA基础 - 如何使用ClassLoader？

1. CLASSLOADER是什么

ClassLoader，类加载器。用于将CLASS文件动态加载到JVM中去，是所有类加载器的基类(Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader)，所有继承自抽象的ClassLoader的加载器，都会优先判断是否被父类加载器加载过，防止多次加载。

官网的JVM：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/jvms8.pdf

（1）定义：

把“类加载阶段”中的「通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流」这个动作放到JAVA虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为「类加载器」。

（2）作用：

CLASSLOADER的作用就是将CLASS文件读入内存中，并为之生成对应的java.lang.Class对象。

2. 三个默认CLASSLOADER

①. BootStrap ClassLoader : 启动类加载器，在JVM启动时创建，用于加载JAVA核心类库。它是JVM的一部分，主要加载JVM自身工作所需要的类。
②. Extension ClassLoader : 扩展类加载器，加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的JAR包和CLASS文件。
③. Application ClassLoader : 应用程序类加载器，加载应用程序CLASSPATH目录下的所有JAR包和CLASS文件。

3. 默认CLASSLOADER的关系

(1) 加载关系

①. ExtentionClassLoader的父加载器是BootstrapClassLoader。
②. AppclassLoader的父加载器是ExtentionClassLoader。

(2) 继承关系

①. ExtentionClassLoader对应的是ExtClassLoader.java，是在sun.misc.Launcher类中作为一个内部类的，父类是java.net.URLClassLoader；
②. AppclassLoader对应的是AppClassLoader.java，也是在sun.misc.Launcher类中作为一个内部类的，父类也是java.net.URLClassLoader；
③. BootstrapClassLoader是C++编写的，没有对应的java类，所以也成不了父类。

(3) 检查顺序和加载顺序

AppClassLoader和ExtClassLoader是Launcher的静态内部类，在程序启动时JVM会创建Launcher对象，Launcher构造器会同时会创建扩展类加载器和应用类加载器。
①. 加载过程中会先检查类是否被已加载，检查顺序是自底向上，从User ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查，只要某个CLASSLOADER已加载过此类，就视为此类已被加载，保证此类在所有CLASSLOADER中只被加载一次；加载顺序是自顶向下，从BootStrap ClassLoader到User ClassLoader逐层尝试加载此类；
②. 在加载类时，每个类加载器都会将加载任务上交给其父类，如果其父类找不到，再由自己去加载；
③. Bootstrap Loader（启动类加载器）是最顶级的类加载器了，其父加载器为NULL。

4. 自定义CLASSLOADER

如果我们自定义一个加载器，一般继承自java.lang.ClassLoader类，或者继承他的子类，比如：java.net.URLClassLoader，此时默认的父加载器是AppClassLoader。具体步骤如下：
①. 编写一个继承自 java.lang.ClassLoader 或者 java.net.URLClassLoader 的类；
②. 重写findClass()方法或者重写loadClass()方法；
③. 在findClass()中使用defineClass()方法，这个方法是父类ClassLoader中的方法。

// 定义一个JAVA类
public class Hello {
    public String say() {
        System.out.println("HELLO WORLD!");
        return "OK";
    }
}

// 自定义类加载器
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    private String path;

    MyClassLoader(String path) {
        this.path = path;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        try {
            File file = new File(this.path.concat(name).concat(".class"));
            FileInputStream in = new FileInputStream(file);
            ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int length = -1;
            while ((length = in.read(bytes)) != -1) {
                out.write(bytes, 0, length);
            }
            return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return super.findClass(name);
    }
}

// 调用测试
public class T {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String path = Hello.class.getClassLoader().getResource("org/apache/atlas/util/").getPath();
        MyClassLoader my = new MyClassLoader(path);
        // 注意需要带上包路径
        Class<?> cls = my.loadClass("org.apache.atlas.util.Hello");
        Object hello = cls.newInstance();
        Method method = cls.getMethod("say", null);
        method.invoke(hello);
    }
}

5. 使用自定义的CLASSLOADER是否可以热加载CLASS？

①. JAVA目前没有专门的API，来卸载JVM中已加载的类；
②. 要卸载JVM中的类，需要该类的对象都被回收，加载该类的ClassLoader也被回收，使用该类的线程结束等条件；
③. 但是，在JAVA中不同的ClassLoader实例可以加载同一个类，即使CLASS文件是同一个也可以被加载。但是同一个ClassLoader实例不能重复加载同一个类；
④. 综上, 虽然可以热加载CLASS，但是在不停服务的情况下热替换CLASS不是很建议，虽然可以通过新建CLASSLOADER实例的方法来改变新加载的CLASS的内容，但之前CLASSLOADER加载的类和对象并不会被修改，什么时候能被GC回收不可控。