ClassLoader是怎么工作的

Posted 2020-11-26 wangflower

ClassLoader是为Java的底层技术，它是为了来加载class文件的，负责将字节码形式的Class文件转换为内存形式的Class对象，这个加载的字节码可以是磁盘文件的class文件， 也可以是jar包中的class，也可以是服务调用中来自远程服务提供的字节流，字节码的本质是一个字节数组[]byte，但是有特定的复杂的内部格式

ClassLoader类似一个容器，里面装载了很多class对象，JVM运行实例中会存在多个ClassLoader，不同多ClassLoader会从不同的地方加载字节码文件，JVM本身内置了三个重要的ClassLoader

分别是BootstrapClassLoader，ExtensionClassLoader和AppClassLoader

BootstrapClassLoader负责加载JVM运行时核心类，这些类位于$JAVA_HOME/lib/rt.jar文件中，我们常用的jdk工具类库都在里面，如java.util. java.lang等等，这个ClassLoader是根加载器，是比较特殊的，由C语言编写。

ExtensionClassLoader负责加载JVM扩展类，一些以javax开头的jar包，如位于$JAVA_HOME/lib/ext/*.jar中的很多

AppClassLoader是直接面开发者的类加载器，它会去加载ClassPath中定义的指定路径中的jar包和目录，我们编写的代码以及使用的第三方jar包通常都是由它加载的

AppClassLoader可以由ClassLoader提供的静态方法getSystemClassLoader获取到，定义为系统类加载器

@CallerSensitive
public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
    initSystemClassLoader();
    if (scl == null) {
        return null;
    }
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
        checkClassLoaderPermission(scl, Reflection.getCallerClass());
    }
    return scl;
}

当我们执行Main方法时，第一个用户类的加载器就是AppClassLoader

 

 

JVM运行时并不是一次性加载全部的类，它是按需加载，所以可以理解为延迟加载，比如在调用一个类的静态方法时，首先这个类肯定是需要被加载的，但是不会使用到这个类的实例字段，那么这个类的实例字段对应的类别Class就可以暂时不用去加载，只会去加载静态字段相关的类别，因为静态方法可以访问静态字段，实例字段的类别就是在实例化对象的时候才会去加载，并且 程序在运行过程中会遇到很多不认识的新类，这个时候就会去调用ClassLoader去加载，加载完的Class对象就会放在容器中，下次使用就不需要重新加载了，但是问题在于，对于一个不认识的新类，到底是由哪个ClassLoader去加载呢，JVM的策略是让调用者的Class对象的ClassLoader来加载当前的未知的类，遇到这个新的未知的类时，JVM肯定是在运行一个方法的调用，不管是静态方法还是实例方法，这个方法挂在哪个类上面，那么这类就是调用者Class对象，每个Class对象里面都有一个属性记录了当前的类是由谁加载的，因为ClassLoader的传递性，所有延迟加载的类都会由初始调用main方法的ClassLoader负责，那就是AppClassLoader

那么当AppClassLoader去加载Class时，遇到没有加载的系统类库怎么办，这个时候AppClassLoader必须将系统类库的加载工作交给BootstrapClassLoader和ExtensionClassLoader来做，也就是双亲委派原则

AppClassLoader在执行具体操作时，加载一个未知的类名，并不是立即去搜寻ClassPath（前面说过AppClassLoader只负责加载ClassPath下面的类库），它会将这个类名称交给ExtensionClassLoader来加载，ExtensionClassLoader在加载一个未知的类名时，它也并不是立即去搜寻ext路径，而是首先将类名称交给BootstrapClassLoader来加载，如果BootstrapClassLoader能够加载，那么ExtensionClassLoader就不用去搜索ext路径下的所有的jar包，最终交给AppClassLoader，如果已经加载了，那么AppClassLoader就不会去搜寻ClassPath下所有的jar包

三个ClassLoader之间形成了级联的父子关系，每个ClassLoader拿到一个类名时都尽量交给自己的父级去做，父级做不了才会自己干活，所有每个ClassLoader对象内部都会有一个parent属性，指向它的父加载器

public abstract class ClassLoader {

    private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

    // The parent class loader for delegation
    // Note: VM hardcoded the offset of this field, thus all new fields
    // must be added *after* it.
    private final ClassLoader parent;

不同的 ClassLoader 之间也会有合作，它们之间的合作是通过 parent 属性和双亲委派机制来完成的。parent 具有更高的加载优先级。除此之外，parent 还表达了一种共享关系，
当多个子 ClassLoader 共享同一个 parent 时，那么这个 parent 里面包含的类可以认为是所有子 ClassLoader 共享的。这也是为什么 BootstrapClassLoader 被所有的类加载器视为祖先加载器，
JVM 核心类库自然应该被共享