ClassLoader 详解及用途

Posted 2020-12-02 alsf

ClassLoader主要对类的请求提供服务，当JVM需要某类时，它根据名称向ClassLoader要求这个类，然后由ClassLoader返回 这个类的class对象。

1.1 几个相关概念

ClassLoader负责载入系统的所有Resources（Class，文件，来自网络的字节流 等），通过ClassLoader从而将资源载入JVM。
每个class都有一个reference，指向自己的ClassLoader。Class.getClassLoader() 。
array的ClassLoader就是其元素的ClassLoader，若是基本数据类型，则这个array没有ClassLoader 。

1.2 主要方法和工作过程

从JDK1.2以后，ClassLoader做了改进，使用了委托模型：所有系统中的ClassLoader组成一棵树，ClassLoader在载入类库时先让Parent寻找，Parent找不到才自己找。  
JVM 在运行时会产生三个ClassLoader，Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader和 App ClassLoader。其中，

• Bootstrap ClassLoader是用C++编写的，在Java中看不到它，是null。它用来加载核 心类库，就是在lib下的类库，
• Extension ClassLoader加载lib/ext下的类库，
• App ClassLoader加载 Classpath里的类库，

三者的关系为:App ClassLoader的Parent是Extension ClassLoader，而 Extension ClassLoader的Parent为Bootstrap ClassLoader。

加载一个类时，首先BootStrap进行寻 找，找不到再由Extension ClassLoader寻找，最后才是App ClassLoader。  
将 ClassLoader设计成委托模型的一个重要原因是出于安全考虑，比如在Applet中，如果编写了一个java.lang.String类并具有破 坏性。

假如不采用这种委托机制，就会将这个具有破坏性的String加载到了用户机器上，导致破坏用户安全。

但采用这种委托机制则不会出现这种情况。因为 要加载java.lang.String类时，系统最终会由Bootstrap进行加载，这个具有破坏性的String永远没有机会加载。  
委托模型还带来了一些问题，在某些情况下会产生混淆，如下是Tomcat的ClassLoader结构图:  

Bootstrap 
                  | 
                System 
                  | 
                Common 
                /     
            Catalina  Shared 
                      /     
                   Webapp1  Webapp2 ... 

1.4 线 程中的ClassLoader

每个运行中的线程都有一个成员contextClassLoader，用来在运行时动态地载入其它类。可以使用方法

Thread.currentThread().setContextClassLoader(...);

更改当前线程的 contextClassLoader，来改变其载入类的行为；也可以通过方法

Thread.currentThread().getContextClassLoader()

来获得当前线程的ClassLoader。  
实际上，在Java应用中所有程序都运行在线程里，如果在程序中没有手工设置过ClassLoader，对于一般的java类如下两种方法获得的ClassLoader通常都是同一个 

this.getClass.getClassLoader()；  
Thread.currentThread().getContextClassLoader()；  

方 法一得到的Classloader是静态的，表明类的载入者是谁；

方法二得到的Classloader是动态的，谁执行（某个线程），就是那个执行者的 Classloader。对于单例模式的类，静态类等，载入一次后，这个实例会被很多程序（线程）调用，对于这些类，载入的Classloader和执行 线程的Classloader通常都不同。 

1.5 Web应用中的ClassLoader

回到上面的例子，在Tomcat 里，WebApp的ClassLoader的工作原理有点不同，它先试图自己载入类（在ContextPath/WEB-INF/...中载入类），如果 无法载入，再请求父ClassLoader完成。  
由此可得：  
对于WEB APP线程，它的contextClassLoader是WebAppClassLoader  
对于Tomcat Server线程，它的contextClassLoader是CatalinaClassLoader  

1.6 获得ClassLoader的几种方法

可以通过如下3种方法得到ClassLoader  

this.getClass.getClassLoader(); // 使用当前类的ClassLoader  
Thread.currentThread().getContextClassLoader(); // 使用当前线程的ClassLoader  
ClassLoader.getSystemClassLoader(); // 使用系统ClassLoader，即系统的入口点所使用的ClassLoader。
（注意，system ClassLoader与根 ClassLoader并不一样。JVM下system ClassLoader通常为App ClassLoader）  

2.0 资源载入 

所有资源都通过ClassLoader载入到JVM里，那么在载入资源时当然可以使用ClassLoader，只是对于不同的资源还可以使用一些别的方式载 入。

例如对于类可以直接new，对于文件可以直接做IO等。 

2.1 载入类的几种方法假设有类A和类B，A在方法amethod里需要实例化B，可能的 方法有3种。对于载入类的情况，用户需要知道B类的完整名字（包括包名，例如"com.rain.B"）  
1. 使用Class静态方法 Class.forName  

    Class cls = Class.forName("com.rain.B"); 
    B b = (B)cls.newInstance(); 

2. 使用ClassLoader  

    ClassLoader cl; // 如何获得ClassLoader参考1.6 
    Class cls = cl.loadClass("com.rain.B"); // 使用第一步得到的ClassLoader来载入B 
    B b = (B)cls.newInstance(); // 有B的类得到一个B的实例 

3. 直接new  

    B b = new B(); 

2.2 文 件载入（例如配置文件等）

假设在com.rain.A类里想读取文件夹 /com/rain/config 里的文件sys.properties，读取 文件可以通过绝对路径或相对路径，

绝对路径很简单，在Windows下以盘号开始，在Unix下以"/"开始  
对于相对路径，其相对值是相对于ClassLoader的，因为ClassLoader是一棵树，所以这个相对路径和ClassLoader树上的任何一个ClassLoader相对比较后可以找到文件，那么文件就可以找到，当然，读取文件也使用委托模型 

1. 直接IO  

File f = new File("C:/test/com/rain/config/sys.properties"); // 使用绝对路径 
//File f = new File("com/rain/config/sys.properties"); // 使用相对路径 
InputStream is = new FileInputStream(f); 

如果是配置文件，可以通过java.util.Properties.load(is)将内容读到Properties里，Properties默认认为is的编码是ISO-8859-1，如果配置文件是非英文的，可能出现乱码问题。  

2. 使用ClassLoader 

 /** 
 * 因为有3种方法得到ClassLoader，对应有如下3种方法读取文件 
 * 使用的路径是相对于这个ClassLoader的那个点的相对路径，此处只能使用相对路径 
 */ 

InputStream is = null; 
is = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream( 
       "com/rain/config/sys.properties"); //方法1 
is = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResourceAsStream( 
       "com/rain/config/sys.properties"); //方法2 
is = ClassLoader.getSystemResourceAsStream("com/rain/config/sys.properties"); //方法3 

如果是配置文件，可以通过java.util.Properties.load(is)将内容读到Properties里，这里要注意编码问题。  

3. 使用ResourceBundle

ResourceBundle bundle = ResourceBundle.getBoundle("com.rain.config.sys"); 

这种用法通常用来载入用户的配置文件，关于ResourceBunlde更详细的用法请参考其他文档  
总结：有如下3种途径来载入文件  

    1. 绝对路径 ---> IO 
    2. 相对路径 ---> IO 
                ---> ClassLoader 
    3. 资源文件 ---> ResourceBundle