JVM——三个ClassLoader详解

Posted 2020-08-01

　　类装载工作由ClassLoader及其子类负责，ClassLoader是一个重要的Java执行时系统组件，它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生三个ClassLoader：根装载器、ExtClassLoader（扩展类装载器）和AppClassLoader（系统类装载器）。其中，根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++编写，因此我们在Java中看不到它，根装载器负责装载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类。其中ExtClassLoader负责装载JRE目录ext中的JAR类包；AppClassLoader负责装载ClassPath路径下的类包。

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器负责将存放在<JAVA_HOME>\\lib目录中的。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器，那直接使用null代替即可。
• 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载<JAVA_HOME>\\lib\\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

　　我们的应用程序都是由这3种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系一般为：

　　上图展示的类加载器之间的这种层次关系，称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。

　　类加载器的双亲委派模型详解博客链接

　　这三个类装载器之间存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是父类装载器。默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类，用以下代码证明：

 1 /**
 2  * @author zhengbinMac
 3  */
 4 public class ClassLoaderTest {
 5 
 6     public static void main(String[] args) {
 7         ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
 8         System.out.println("current loader:" + loader);
 9         System.out.println("parent loader:" + loader.getParent());
10         System.out.println("grandparent loader:" + loader.getParent().getParent());
11     }
12     /*
13      * output:
14      *    current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1b6d3586
15      *    parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d 
16      *    grandparent loader:null // 因为根类装载器在Java中访问不到，所有返回null
17      */
18 }

　　Thread.currentThread():返回对当前正在执行的线程对象的引用。

　　getContextClassLoader():返回该线程的上下文 ClassLoader。

　　通过以上的输出信息，可以明白，ClassLoader是AppClassLoader，父ClassLoader是ExtClassLoader，祖父ClassLoader是根类装载器，因为在Java中无法获得它的句柄，所以直接返回null。

　　除了JVM默认的三个ClassLoader以外，可以编写自己的第三方类装载器，以实现一些特殊的需求。类文件被装载并解析后，在JVM内将拥有一个对应的java.lang.Class类描述对象，该类的实例都拥有指向这个类描述对象的引用，而类描述对象又拥有指向关联ClassLoader的引用。如下图所示：

ClassLoader重要方法

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　　在Java中，ClassLoader是一个抽象类，位于java.lang包中。下面对该类的一些重要接口方法进行介绍：

• Class loadClass(String name)

　　name参数指定类装载器需要装载类的名字，必须使用全限定类名，如com.zhengbin.entity.Student。该方法有一个重载方法loadClass(String name, boolean resolve)，resolve参数告诉类装载器是否需要解析该类。在初始化类之前，应考虑进行类解析的工作，但并不是所有的类都需要解析，如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类，那么就不需要进行解析。

• Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)

　　将类文件的字节数组转换成JVM内部的java.lang.Class对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取。name为字节数组对应的全限定类名。

• Class findSystemClass(String name)

　　从本地文件系统载入Class文件，如果本地文件系统不存在该Class文件，将抛出ClassNotFoundException异常。该方法是JVM默认使用的装载机制。

• ClassLoader getParent()

　　获取类装载器的父装载器，除根装载器外，所有的类装载器都有且仅有一个父装载器，ExtClassLoader的父装载器是根装载器，因为根装载器非Java编写，所以无法获得，将返回null。