java类加载器ClassLoader详解
获得ClassLoader的途径
1. 获得当前类的ClassLoader
clazz.getClassLoader()
2. 获得当前线程上下文的ClassLoader
Thread.currentThread().getContextClassLoader();
3. 获得系统的ClassLoader
ClassLoader.getSystemClassLoader()
4. 获得调用者的ClassLoader
DriverManager.getCallerClassLoader
ClassLoader源码解析
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概述
类加载器是用于加载类的对象，ClassLoader是一个抽象类。如果我们给定了一个类的二进制名称，类加载器应尝试去定位或生成构成定义类的数据。一种典型的策略是将给定的二进制名称转换为文件名，然后去文件系统中读取这个文件名所对应的class文件。
每个Class对象都会包含一个定义它的ClassLoader的一个引用。
数组类的Class对象，不是由类加载器去创建的，而是在Java运行期JVM根据需要自动创建的。对于数组类的类加载器来说，是通过Class.getClassLoader()返回的，与数组当中元素类型的类加载器是一样的；如果数组当中的元素类型是一个原生类型，数组类是没有类加载器的【代码一】。
应用实现了ClassLoader的子类是为了扩展JVM动态加载类的方式。
类加载器典型情况下时可以被安全管理器所使用去标识安全域问题。
ClassLoader类使用了委托模型来寻找类和资源，ClassLoader的每一个实例都会有一个与之关联的父ClassLoader，当ClassLoader被要求寻找一个类或者资源的时候，ClassLoader实例在自身尝试寻找类或者资源之前会委托它的父类加载器去完成。虚拟机内建的类加载器，称之为启动类加载器，是没有父加载器的，但是可以作为一个类加载器的父类加载器【双亲委托机制】。
支持并发类加载的类加载器叫做并行类加载器，要求在初始化期间通过ClassLoader.registerAsParallelCapable 方法注册自身，ClassLoader类默认被注册为可以并行，但是如果它的子类也是并行加载的话需要单独去注册子类。
在委托模型不是严格的层次化的环境下，类加载器需要并行，否则类加载会导致死锁，因为加载器的锁在类加载过程中是一直被持有的。
通常情况下，Java虚拟机以平台相关的形式从本地的文件系统中加载类，比如在UNIX系统，虚拟机从CLASSPATH环境所定义的目录加载类。
然而，有些类并不是来自于文件；它们是从其它来源得到的，比如网络，或者是由应用本身构建【动态代理】。定义类（defineClass ）方法会将字节数组转换为Class的实例，这个新定义类的实例可以由Class.newInstance创建。由类加载器创建的对象的方法和构造方法可能引用其它的类，为了确定被引用的类，Java虚拟机会调用最初创建类的类加载器的loadClass方法。
二进制名称：以字符串参数的形式向CalssLoader提供的任意一个类名，必须是一个二进制的名称，包含以下四种情况
- "java.lang.String" 正常类
- "javax.swing.JSpinner$DefaultEditor" 内部类
- "java.security.KeyStore(Builder)FileBuilder$1" KeyStore的内部类Builder的内部类FileBuilder的第一个匿名内部类
- "java.net.URLClassLoader$3$1" URLClassLoader类的第三个匿名内部类的第一个匿名内部类
代码一：
public class Test12 {
public static void main(String[] args) {
String[] strings = new String[6];
System.out.println(strings.getClass().getClassLoader());
// 运行结果：null
Test12[] test12s = new Test12[1];
System.out.println(test12s.getClass().getClassLoader());
// 运行结果：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
int[] ints = new int[2];
System.out.println(ints.getClass().getClassLoader());
// 运行结果：null
}
}loadClass方法
loadClass的源码如下， loadClass方法加载拥有指定的二进制名称的Class，默认按照如下顺序寻找类：
a）调用findLoadedClass(String)检查这个类是否被加载
b）调用父类加载器的loadClass方法，如果父类加载器为null，就会调用启动类加载器
c）调用findClass(String)方法寻找
使用上述步骤如果类被找到且resolve为true，就会去调用resolveClass(Class)方法
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;
}
}findClass方法
findClass的源码如下，findClass寻找拥有指定二进制名称的类，JVM鼓励我们重写此方法，需要自定义加载器遵循双亲委托机制，该方法会在检查完父类加载器之后被loadClass方法调用，默认返回ClassNotFoundException异常。
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}defineClass方法
defineClass的源码如下，defineClass方法将一个字节数组转换为Class的实例。
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,
ProtectionDomain protectionDomain)
throws ClassFormatError
{
protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);
String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);
Class<?> c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source);
postDefineClass(c, protectionDomain);
return c;
}自定义类加载器
/**
* 继承了ClassLoader，这是一个自定义的类加载器
* @author 夜的那种黑丶
*/
public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");
Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");
Object object = clazz.newInstance();
System.out.println(object);
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
}
//------------------------------以上为测试代码---------------------------------
/**
* 类加载器名称，标识作用
*/
private String classLoaderName;
/**
* 从磁盘读物字节码文件的扩展名
*/
private String fileExtension = ".class";
/**
* 创建一个类加载器对象，将系统类加载器当做该类加载器的父加载器
* @param classLoaderName 类加载器名称
*/
private ClassLoaderTest(String classLoaderName) {
// 将系统类加载器当做该类加载器的父加载器
super();
this.classLoaderName = classLoaderName;
}
/**
* 创建一个类加载器对象，显示指定该类加载器的父加载器
* 前提是需要有一个类加载器作为父加载器
* @param parent 父加载器
* @param classLoaderName 类加载器名称
*/
private ClassLoaderTest(ClassLoader parent, String classLoaderName) {
// 显示指定该类加载器的父加载器
super(parent);
this.classLoaderName = classLoaderName;
}
/**
* 寻找拥有指定二进制名称的类，重写ClassLoader类的同名方法，需要自定义加载器遵循双亲委托机制
* 该方法会在检查完父类加载器之后被loadClass方法调用
* 默认返回ClassNotFoundException异常
* @param className 类名
* @return Class的实例
* @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException {
byte[] data = this.loadClassData(className);
/*
* 通过defineClass方法将字节数组转换为Class
* defineClass：将一个字节数组转换为Class的实例，在使用这个Class之前必须要被解析
*/
return this.defineClass(className, data, 0 , data.length);
}
/**
* io操作，根据类名找到对应文件，返回class文件的二进制信息
* @param className 类名
* @return class文件的二进制信息
* @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常
*/
private byte[] loadClassData(String className) throws ClassNotFoundException {
InputStream inputStream = null;
byte[] data;
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
try {
this.classLoaderName = this.classLoaderName.replace(".", "/");
inputStream = new FileInputStream(new File(className + this.fileExtension));
byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
int ch;
while (-1 != (ch = inputStream.read())) {
byteArrayOutputStream.write(ch);
}
data = byteArrayOutputStream.toByteArray();
} catch (Exception e) {
throw new ClassNotFoundException();
} finally {
try {
if (inputStream != null) {
inputStream.close();
}
if (byteArrayOutputStream != null) {
byteArrayOutputStream.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return data;
}
}以上是一段自定义类加载器的代码，我们执行这段代码
classloader.Test01@7f31245a sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
可以看见，这段代码中进行类加载的类加载器还是系统类加载器（AppClassLoader）。这是因为jvm的双亲委托机制造成的，private ClassLoaderTest(String classLoaderName)将系统类加载器当做我们自定义类加载器的父加载器，jvm的双亲委托机制使自定义类加载器委托系统类加载器完成加载。
改造以下代码，添加一个path属性用来指定类加载位置：
public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");
loader.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");
Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz);
Object object = clazz.newInstance();
System.out.println(object);
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
}
//------------------------------以上为测试代码---------------------------------
/**
* 从指定路径加载
*/
private String path;
......
/**
* io操作，根据类名找到对应文件，返回class文件的二进制信息
* @param className 类名
* @return class文件的二进制信息
* @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常
*/
private byte[] loadClassData(String className) throws ClassNotFoundException {
InputStream inputStream = null;
byte[] data;
ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;
className = className.replace(".", "/");
try {
this.classLoaderName = this.classLoaderName.replace(".", "/");
inputStream = new FileInputStream(new File(this.path + className + this.fileExtension));
byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
int ch;
while (-1 != (ch = inputStream.read())) {
byteArrayOutputStream.write(ch);
}
data = byteArrayOutputStream.toByteArray();
} catch (Exception e) {
throw new ClassNotFoundException();
} finally {
try {
if (inputStream != null) {
inputStream.close();
}
if (byteArrayOutputStream != null) {
byteArrayOutputStream.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return data;
}
public void setPath(String path) {
this.path = path;
}
}运行一下
class:class classloader.Test01 classloader.Test01@7f31245a sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
修改一下测试代码，并删除工程下的Test01.class文件
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");
loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");
Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz);
Object object = clazz.newInstance();
System.out.println(object);
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
}运行一下
class:class classloader.Test01 classloader.Test01@135fbaa4 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a
分析
改造后的两块代码，第一块代码中加载类的是系统类加载器AppClassLoader，第二块代码中加载类的是自定义类加载器ClassLoaderTest。是因为ClassLoaderTest会委托他的父加载器AppClassLoader加载class，第一块代码的path直接是工程下，AppClassLoader可以加载到，而第二块代码的path在桌面目录下，所以AppClassLoader无法加载到，然后ClassLoaderTest自身尝试加载并成功加载到。如果第二块代码工程目录下的Test01.class文件没有被删除，那么依然是AppClassLoader加载。
再来测试一块代码
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");
loader.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");
Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz.hashCode());
Object object = clazz.newInstance();
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest("loader");
loader2.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");
Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());
Object object2 = clazz2.newInstance();
System.out.println(object2.getClass().getClassLoader());
}结果显而易见，类由系统类加载器加载，并且clazz和clazz2是相同的。
class:2133927002 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 class:2133927002 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
再改造一下
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");
loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");
Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz.hashCode());
Object object = clazz.newInstance();
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest("loader2");
loader2.setPath("/home/fanxuan/桌面/");
Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());
Object object2 = clazz2.newInstance();
System.out.println(object2.getClass().getClassLoader());
}运行结果
class:325040804 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a class:621009875 classloader.ClassLoaderTest@45ee12a7
ClassLoaderTest是显而易见，但是clazz和clazz2是不同的，这是因为类加载器的命名空间的原因。
我们可以通过设置父类加载器来让loader和loader2处于同一命名空间
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");
loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");
Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz.hashCode());
Object object = clazz.newInstance();
System.out.println(object.getClass().getClassLoader());
ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest(loader, "loader2");
loader2.setPath("/home/fanxuan/桌面/");
Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");
System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());
Object object2 = clazz2.newInstance();
System.out.println(object2.getClass().getClassLoader());
}运行结果
class:325040804 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a class:325040804 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a
扩展：命名空间
1. 每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该加载器及所有的父加载器所加载的类组成
2. 在同一命名空间中，不会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类
3. 在不同的命名空间中，有可能会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类
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