JAVA基础_类加载器

Posted 2020-10-06 高山仰止

什么是类加载器

• 类加载器是Java语言在1.0版本就引入的。最初是为了满足JavaApplet需要。现在类加载器在Web容器和OSGI中得到了广泛的应用，一般来说，Java应用的开发人员不需要直接同类加载器进行交互。Java虚拟机默认的行为就已经足够满足大多数情况的需求了。不过如果遇到了需要与类加载器进行交互的情况，而对类加载器的机制又不是很了解的话，就很容易花大量的时候在ClassNotFoundException和NoClassDefFoundError等异常上。
• 顾名思义，类加载器是用来加载Java类到Java虚拟机中。一般来说，Java虚拟机使用Java类的方式如下：Java源程序（.java文件）在经过Java编译器编译之后会被转换成Java字节码代码（.class文件）。类加载器负责读取Java字节代码，并转换成java.lang.Class类的一个实例。每个这样的实例用来表示一个Java类。通过此实例的newInstance()方法就可以创建出该类的一个对象。实际的情况可能更复杂，比如Java字节码可能是通过工具动态生成的，也可能是通过网络下载的。基本上所有的类加载器都是java.lang.ClassLoader类的一个实例。

ClassLoader类介绍

java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义出一个Java类，即Java.lang.Class类的一个实例，除此之外，ClassLoader还负责加载Java应用所需要的资源，如图像文件和配置文件。为了完成加载类这个职责，ClassLoader提供了一系列的方法。

表1：ClassLoader中与加载类相关的方法

方法 getParent() 返回该类的父类加载器 loadClass(String name) 加载名称为name的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例 findClass(String name) 查找名称为name的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例 findLoadedClass(String name) 查找名称为name的已经被加载过的类，返回的结果是java.lang.Class的实例 defineClass(String name,byte[] b,int off,int len) 把字节数组b中的内容转换成java类，返回的结果是java.lang.Class的实例。这个方法被声明为final的 resolveClass(Class<?> c) 链接制定的Java类

在表1中给出的方法，表示类名称的name参数的值是类的二进制名称。需要注意的是内部类的表示，如：com.exampe.Husband$Wife和com.example.OutClass$InnerClass等表示形式。

类加载器的树状组织结构

Java中的类加载器大致可以分为两类，一类是系统提供的，另外一类是Java应用开发人员自己编写的。系统提供的主要有以下三种：

• 引导类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载Java的核心库，是用原生代码来实现的，并不集成自java.lang.ClassLoader。加载核心库JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar或sun.boot.class.path下的内容
• 扩展类加载器（extensions class loader）：它用来加载Java的扩展库。Java虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载Java类。加载扩展库JAVA_HOME/jre/ext/*.jar或java.ext.dirs路径下的内容
• 系统类加载器（system class loader）：他根据Java应用的类路径（CLASSPATH）来加载Java类。一般来说，Java应用的类都是由它来完成加载的。可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()；来获取它。根据java应用的类路径（classpath,java.class.path）路径加载

除了系统提供的类加载器以外，开发人员可以通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求。

图1.类加载器树状结构示意图

类加载器的树状组织结构代码清单：ClassLoaderTree .java

代码清单1：

public class ClassLoaderTree {
    
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader classLoader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader();
        while (classLoader != null) {
            System.out.println("classLoader = " + classLoader);
            // 找到其父加载器
            classLoader = classLoader.getParent();
        }
        System.out.println("classLoader = " + classLoader);
    }

}

输出结果1：

这也正好验证了类加载器的父子关系。每个Java类都维护一个指向定义它的类加载器的引用。通过getClassLoader()方法就可以获取到此引用。代码清单1通过递归调用getParent()方法来输出全部的父类加载器。在输出结果1中第一个输出的是ClassLoaderTree类的类加载器，即系统类加载器，是sun.misc.Launcher$AppClassLoader的实例，第二个输出的是扩展类加载器，是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader的实例。在Java虚拟机中，引导类加载器是null，由启动时默认加载。

测试ExtClassLoader

• 导出至可执行jar包

然后直接Finish就可以了。

测试代码清单1的执行结果

输出结果2：

我们可以看到，少了一个系统类加载器，这是为什么呢？这就和类加载器的机制问题有关了，就是代理模式，下面就将开始类加载器的代理模式的笔记记录。

类加载器的代理模式

• 代理模式
• 交给其他加载器来加载指定的类
• 双亲委托机制
• 在某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，自己本身先不去执行加载任务，而是将加载任务委托给其父类加载器，一次追溯，知道最高等级的父类加载器，如果父类加载器可以完成加载任务就成功返回，如果无法完成加载任务，就下放给下一级的子类，依次类推。如果所有的加载器都找不到的时候，就会抛出异常了，一般是ClassNotFoundException或NoClassDefException
• 双亲委托机制是为了保证Java核心类的类型安全，比如你重写一个Objectl类了，但是Java的类加载机制将会是你的Object类无法生效。
• 双亲委托机制是代理模式的一种
• 并非所有的类加载器都采用双亲委托机制
• tomcat服务器类加载器也使用代理模式，不同点在于它是首先尝试去加载某个类，如果找不到再代理给父类加载器。

Java虚拟机如何判定两个Java类是相同的

• 类的全限定类名是否相同
• 加载此类的类加载器是否一样

满足上述条件，才会认为类是相同的。即便是同样的字节码文件，被不同的类加载器加载，也会被认为是不同的Java类。

代码清单2：测试判定Java类是否相同的类：Sample.java

public class Sample {
    
    private Sample instance;
    
    public void setSample(Object instance) {
        this.instance = (Sample) instance;
    }

}

代码清单3：测试代码