面试必看-Java类加载器(自定义类加载器)
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了面试必看-Java类加载器(自定义类加载器)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
类加载器
一、类加载器的作用
Java代码是不能直接运行的，需要通过编译器编译成JVM能够识别的二进制字节码文件，而类加载器的作用就是将这些二进制字节码文件即.class文件装载进虚拟机，这样虚拟机才能将程序运行起来。
二、Java虚拟机类加载器结构
1. 引导类(启动类)加载器
引导（Bootstrap）类加载器：又称之为根类加载器或原始类加载器，引导类加载器是由本地代码(C语言)实现的类加载器，它负责将JAVA_HOME/jre/lib下面的核心类库如rt.jar、resource.jar或者将-Xbootclasspath参数指定目录下的jar包等JVM能够识别的类库加载到内存，该加载器是以文件名去lib目录下识别的，例如文件名不为rt.jar，即使放到lib目录下也不会被加载。由于启动类是由C语言实现的，开发人员无法直接获取到启动类加载器的引用。所以启动类加载器加载到的路径可以由System.getProperty(“sun.boot.class.path”)查看。
拓展： 引导类和其他类加载器一样，但它不是一个Java类，在java中所有的类都要被加载到内存，扩展类即系统类加载器也一样，需要被加载，当JVM启动时，会运行特殊的机器代码，去加载系统类加载器和扩展类加载器，而这段特殊机器指令会启动整个类加载过程，它就是引导类加载器，加载一个纯java类加载器，是他的工作，一句话，引导类加载器是由c++编写，由JVM启动的。引导类加载器还负责加载支持基本Java运行时环境所需的所有代码，包括java.util和java.lang包下的类。
2. 扩展类加载器
扩展（Extend）类加载器：扩展类加载器是由Sun的ExtClassLoad实现的，是sun.misc.Luncher的静态内部类。它负责将JAVA_HOME/jre/lib/ext下的jar加载到内存或者由-Djava.ext.dir指定位置中的类库加载到内存中。开发者可以直接使用标准扩展类加载器，具体加载路径可通过System.getProperty(“java.ext.dir”)。
3. 系统类加载器
系统（System）加载器：系统类加载器是由Sun的AppClassLoad实现的，跟ExtClassLoad一样，也是sun.misc.Luncher的静态内部类。它负责将用户类路径(java -classpath)或-Djava.class.path参数指定的位置的jar加载到内存，即当前类所在路径及其引用的三方类库，开发者可以直接使用系统类加载器，可以用过System.getProperty(“java.class.path”)查看加载路径。
三、类加载器的加载机制
类加载器负责将.class文件加载到内存，系统为所有被载入到内存的类生成Class对象，类一但被加载，便不会加载第二次，而判断一个类是否被加载的标识是：类全限定名+类加载器，例如pg包下的Person类被CL1类加载器加载到内存，唯一标识为(Person, pg, CL1)，又被CL2加载到内存唯一标识为(Person, pg, CL2)，则跟上一个是完全不同且互不兼容的两个类，不过显然两个加载器加载同一个类，实际上是冗余了，那么类加载器的加载机制会如何防止这种情况发生呢？
类加载器加载机制有三个，这三种机制共同完成了类的加载，使得类的加载安全高效。
1. 全盘负责
当一个类加载器负责加载某个类时，那这个类所引用的所有类都用这个加载器去加载，除非显示调用其他类加载器，这样可以避免一个类被重复加载。
2. 双亲委派
双亲委派，说白了就是坑爹机制，就是什么事都交给爹去擦屁股，只有爹说这事儿我干不了，儿子才自己想办法去干。哈哈哈，只是一个比喻，下面圆规正转，啊不，是言归正传~
双亲委派，又叫做父类委托，即在加载一个类时，先让父类加载器试图去加载该类，如果父类还有父类，则一直递归到顶级父类加载器(引导类加载器没有父类，它为始祖类加载器)，如果始祖类加载器无法加载当前类，则反向委托给始祖类的子类加载器，以此类推，直到源类加载器，此处的父子关系并非继承，而是一种组合关系，是类加载器的复用。
将.class文件载入内存的过程由双亲委派机制完成的。
优点：
1. 避免一个类被多次加载
2. 比较安全，防止篡改核心API。Java的核心API是由引导类加载器加载的，而双亲委派会一直请求父类加载器加载，一般都会找到引导类加载器先去加载类，那么，如果从网络上传输过来一个java.util.Integer类需要加载，此时找到了引导类加载器，引导类加载器发现这个类已经被我加载了，所以不再加载直接返回
3. 又或者，我随便定义了一个java.lang.MyInteger，又找到了引导类加载器，引导类加载器发现java核心类库java.lang下根本没这个类，就会反向委托给子类，但是java.lang需要访问权限，普通加载器无法访问加载，强制加载会报错。
3. 缓存机制
当jvm加载完成一个类是会将类放入jvm缓存中，加载流程为先去缓存区查看当前类是否被加载，如果没有则读.class文件并加载，如果加载则直接返回
四、自定义类加载器
1. 编写自定义类加载器
实现一个用户自定义类加载器需要去继承ClassLoader类并重写findClass方法，代码如下：
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
// 默认读取的class路径, 你可以任意定义
private String path = "D:\\\\workspace-IDEA\\\\cloud2020\\\\spring-cloud-test\\\\target\\\\classes\\\\";
private final String fileType = ".class"; // 文件类型
private String name; // 文件全限定名, 例如 com.entity.Person
// name为类加载器的名称, 在此构造函数调用父类无参构造函数, 会初始化类加载器, 默认将系统类加载器作为父类加载器
// 也可以用下面那个构造函数指定父类加载器. 大家可以去看下ClassLoader类的无参构造函数源码
public MyClassLoader(String name) {
super();
this.name = name;
}
// 可以指定父类加载器的构造方法
public MyClassLoader(ClassLoader parent, String name) {
super(parent);
this.name = name;
}
// 找到自己需要加载的class文件, 并按自己的方式读取到字节数组, 最后复用java的api得到一个Class类型的对象并返回
@Override
protected Class<?> findClass(String name) {
byte[] b = loadClassData(name);
return defineClass(name, b, 0, b.length);
}
// 将class字节码文件读到字节数组
private byte[] loadClassData(String name) {
byte[] data=null;
InputStream in=null;
name=name.replace('.', '/');
ByteArrayOutputStream out=new ByteArrayOutputStream();
try {
in=new FileInputStream(new File(path+name+fileType));
int len=0;
while(-1!=(len=in.read())){
out.write(len);
}
data=out.toByteArray();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
in.close();
out.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return data;
}
// 重写toString方法, 以便后续this.getClass().getClassLoader()
@Override
public String toString() {
// TODO Auto-generated method stub
return this.name;
}
}
如果你想要打破双亲委派模型，那么你需要重写loadClass方法，ClassLoader的loadClass方法，大家可以去看下源码。在这里我就不打破双亲委派模型了。
2. 测试
被加载的类：
public class One{
public One() {
// 在控制台输出加载当前类的类加载器
System.out.println("One: i am loaded by " + this.getClass().getClassLoader());
}
}
------------------
public class Two{
public One() {
// 在控制台输出加载当前类的类加载器
System.out.println("Two: i am loaded by " + this.getClass().getClassLoader());
}
}
Main方法：
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
// 创建自己的根类加载器, 默认父类加载器是java的系统类加载器, 并设置加载路径
MyClassLoader myClassLoader0 = new MyClassLoader("myRootClassLoader");
myClassLoader0.setPath("/app/zero/");
// 创建自己的拓展类加载器, 父类为自定义根类加载器, 并设置加载路径
MyClassLoader myClassLoader1 = new MyClassLoader(myClassLoader0, "myExtendClassLoader");
myClassLoader1.setPath("/app/one/");
// 调用自定义拓展类加载器加载程序中不存在但存在于/app/zero/中的class文件
Class<?> aClass1 = myClassLoader1.loadClass("com.wangxs.springcloud.classloader.One");
aClass1.newInstance(); // 输出结果应该是 myRootClassLoader
}
上述代码，我们自定义的根类加载器myClassLoader0，父类为java系统类加载器，再定义一个拓展类加载器myClassLoader2，父类为myClassLoader1，现在One.class文件存在于/app/zero/目录下，而不存在于程序类路径下，那我们用自定义拓展类加载器myClassLoader2去加载One.class，由双亲委派机制，我们可以推断出，会向上委托至java系统类加载器去加载One.class，但是系统类加载器发现自己不能加载该类，便反向委托给自定义根类加载器myClassLoader0去加载，输出结果应为：myRootClassLoader
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
// 创建自己的系统类加载器, 无父类加载器, 设置加载路径
MyClassLoader myClassLoader2 = new MyClassLoader(null, "myAppClassLoader");
myClassLoader2.setPath("/app/two/");
// 加载程序中不存在, 但在/app/two/中存在的class文件
Class<?> aClass2 = myClassLoader2.loadClass("com.wangxs.springcloud.classloader.Two");
aClass2.newInstance(); // 输出结果应该是 myAppClassLoader
}
上述代码创建了自定义系统类加载器myClassLoader2，无父类加载器，那么直接由该加载器加载类，结果应为myAppClassLoader
以上结果如下图：
五、应用场景
1. 加密保护
公司的有些核心类库的字节码是经过加密的，这样的话，就需要实现自己的加载器，在加载这些类库的时候进行解密，然后再载入到内存
2. 其他来源
字节码是放在数据库，硬盘其他路径，甚至有可能放在云上。
以上便为自己学习JVM类加载器相关知识的总结，之前的文章也介绍了类加载过程以及垃圾回收机制，大家可以去看下。
以上是关于面试必看-Java类加载器(自定义类加载器)的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章