Java --ClassLoader创建加载class卸载class

Posted 2020-08-15 11楼的日记

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java --ClassLoader创建加载class卸载class相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、java提供了三种ClassLoader对Class进行加载：

1.BootStrap ClassLoader：称为启动类加载器，是Java类加载层次中最顶层的类加载器，负责加载JDK中的核心类库，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通过如下程序获得该类加载器从哪些地方加载了相关的jar或class文件：

URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();  
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {  
    System.out.println(urls[i].toExternalForm());  
}

或者

System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

最后结果为：

/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/resources.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/rt.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jsse.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jce.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/charsets.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/

2.Extension ClassLoader：称为扩展类加载器，负责加载Java的扩展类库，默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。

3.App ClassLoader：称为系统类加载器，负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。

二、ClassLoader的加载原理

1、原理介绍

ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的，每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个包含的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有父类加载器，但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个类时，它会试图亲自搜索某个类之前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，如果没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，如果也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，如果它也没有加载得到的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时，则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实例对象。

2、为什么要使用双亲委托这种模型呢？

因为这样可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素，我们试想一下，如果不使用这种委托模式，那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型，这样会存在非常大的安全隐患，而双亲委托的方式，就可以避免这种情况，因为String已经在启动时就被引导类加载器（Bootstrcp ClassLoader）加载，所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String，除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法。

3、但是JVM在搜索类的时候，又是如何判定两个class是相同的呢？

JVM在判定两个class是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下，JVM才认为这两个class是相同的。就算两个class是同一份class字节码，如果被两个不同的ClassLoader实例所加载，JVM也会认为它们是两个不同class。

4、ClassLoader的体系架构：

三、自定义ClassLoader，自定义ClassLoader需要继承java.lang.ClassLoader或者继承URLClassLoader

放两个类型的具体实现代码：

1.继承自ClassLoader

public class NetworkClassLoader extends ClassLoader {  
      
    private String rootUrl;  
  
    public NetworkClassLoader(String rootUrl) {  
        this.rootUrl = rootUrl;  
    }  
  
    @Override  
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
        Class clazz = null;//this.findLoadedClass(name); // 父类已加载     
        //if (clazz == null) {  //检查该类是否已被加载过  
            byte[] classData = getClassData(name);  //根据类的二进制名称,获得该class文件的字节码数组  
            if (classData == null) {  
                throw new ClassNotFoundException();  
            }  
            clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length);  //将class的字节码数组转换成Class类的实例  
        //}   
        return clazz;  
    }  
  
    private byte[] getClassData(String name) {  
        InputStream is = null;  
        try {  
            String path = classNameToPath(name);  
            URL url = new URL(path);  
            byte[] buff = new byte[1024*4];  
            int len = -1;  
            is = url.openStream();  
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
            while((len = is.read(buff)) != -1) {  
                baos.write(buff,0,len);  
            }  
            return baos.toByteArray();  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        } finally {  
            if (is != null) {  
               try {  
                  is.close();  
               } catch(IOException e) {  
                  e.printStackTrace();  
               }  
            }  
        }  
        return null;  
    }  
  
    private String classNameToPath(String name) {  
        return rootUrl + "/" + name.replace(".", "/") + ".class";  
    }  
  
}

2.继承自URLClassLoader

ublic class SimpleURLClassLoader extends URLClassLoader {
    //工程class类所在的路径
    public static String projectClassPath = "E:/IDE/work_place/ZJob-Note/bin/";
    //所有的测试的类都在同一个包下
    public static String packagePath = "testjvm/testclassloader/";

    public SimpleURLClassLoader() {
        //设置ClassLoader加载的路径
        super(getMyURLs());
    }

    private static  URL[] getMyURLs(){
        URL url = null;
        try {
            url = new File(projectClassPath).toURI().toURL();
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return new URL[] { url };
    }

    public Class load(String name) throws Exception{
        return loadClass(name);
    }

    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name,false);
    }

    /**
     * 重写loadClass，不采用双亲委托机制("java."开头的类还是会由系统默认ClassLoader加载)
     */
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name,boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = null;
        //查看HotSwapURLClassLoader实例缓存下，是否已经加载过class
        clazz = findLoadedClass(name);
        if (clazz != null ) {
            if (resolve) {
                resolveClass(clazz);
            }
            return (clazz);
        }

        //如果类的包名为"java."开始，则有系统默认加载器AppClassLoader加载
        if(name.startsWith("java.")) {
            try {
                //得到系统默认的加载cl，即AppClassLoader
                ClassLoader system = ClassLoader.getSystemClassLoader();
                clazz = system.loadClass(name);
                if (clazz != null) {
                    if (resolve)
                        resolveClass(clazz);
                    return (clazz);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // Ignore
            }
        }      
        return customLoad(name,this);
    } 
    /**
     * 自定义加载
     * @param name
     * @param cl 
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    public Class customLoad(String name,ClassLoader cl) throws ClassNotFoundException {
        return customLoad(name, false,cl);
    }

    /**
     * 自定义加载
     * @param name
     * @param resolve
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    public Class customLoad(String name, boolean resolve,ClassLoader cl) throws ClassNotFoundException {
        //findClass()调用的是URLClassLoader里面重载了ClassLoader的findClass()方法
        Class clazz = ((SimpleURLClassLoader)cl).findClass(name);
        if (resolve)
            ((SimpleURLClassLoader)cl).resolveClass(clazz);
        return clazz;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return super.findClass(name);
    }
}

四、ClassLoader卸载Class

JVM中的Class只有满足以下三个条件，才能被GC回收，也就是该Class被卸载（unload）：

该类所有的实例都已经被GC。
加载该类的ClassLoader实例已经被GC。
该类的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用。

GC的时机我们是不可控的，那么同样的我们对于Class的卸载也是不可控的。

package testjvm.testclassloader;
public class TestClassUnLoad {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SimpleURLClassLoader loader = new SimpleURLClassLoader();
        // 用自定义的加载器加载A
        Class clazzA = loader.load("testjvm.testclassloader.A");
        Object a = clazzA.newInstance();
        // 清除相关引用
        a = null;  //清除该类的实例
        clazzA = null;  //清除该class对象的引用
        loader = null;  //清楚该类的ClassLoader引用
        // 执行一次gc垃圾回收
        System.gc();
        System.out.println("GC over");
    }
}