getClass()和getClassLoader()区别 以及ClassLoader详解及用途（文件加载，类加载）

Posted 2020-06-29 jyw935478490

 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）

路径区别：

在使用ClassLoader.getResourceAsStream时, 路径直接使用相对于classpath的绝对路径.不加"/"

Class.getResourceAsStream()是相对路径。

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Class.getResourse()和Class.getClassLoader().getResource()

这两个getResource()是使用当前ClassLoader加载资源(即资源在 Class path中),这样资源和class直接打在jar包中,避免文件路径问题.两者不同是Class的getResource()方法是从当前.class 文件路径查找资源,ClassLoader则是从jar包根目录查找.
Class.getResource()
public java.net.URL getResource(String name)查找带有给定名称的资源.查找与给定类相关的资源的规则是通过定义类的 class loader 实现的.此方法委托给此对象的类加载器.如果此对象通过引导类加载器加载,则此方法将委托给 ClassLoader.getSystemResource(java.lang.String).
在委托前,使用下面的算法从给定的资源名构造一个绝对资源名：
ClassLoader.getResource()
public URL getResource(String name)查找具有给定名称的资源.资源是可以通过类代码以与代码基无关的方式访问的一些数据（图像、声音、文本等）. 资源名称是以 ‘/’ 分隔的标识资源的路径名称.
此方法首先搜索资源的父类加载器；如果父类加载器为 null,则搜索的路径就是虚拟机的内置类加载器的路径.如果搜索失败,则此方法将调用 findResource(String) 来查找资源.
两个方法的区别是资源的定义不同, 主要用于相对与一个object取资源,而另一个用于取相对于classpath的资源,用的是绝对路径.
在使用Class.getResourceAsStream 时,资源路径有两种方式,一种以/开头,则这样的路径是指定绝对路径,如果不以/开头,则路径是相对与这个class所在的包的.
在使用ClassLoader.getResourceAsStream时, 路径直接使用相对于classpath的绝对路径.

 

project

     |-src
          |-com.xx.test

                       |-Main.java

                       |-b.bmp

     |-resource

           |-com.icon

                       |-a.bmp

Main.class.getResource("/icon/a.bmp"); // NOT icon/a.bmp
Main.class.getResource("b.bmp");
// need to add resource/a.bmp to build path! it will be package in jar file
Main.class.getClassLoader().getResource("icon/a.bmp");
// NOT /icon/a.bmp or a.bmp
Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("icon/a.bmp");

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getClassLoader()报 java.lang.NullPointerException原因：

at android.content.ContextWrapper.getClassLoader

(ContextWrapper.java:130)

InputStream   is   =   getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("helloworld.properties");中getClass()和getClassLoader()都是什么意思呀.
getClass()：取得当前对象所属的Class对象  
getClassLoader()：取得该Class对象的类装载器
类装载器负责从Java字符文件将字符流读入内存，并构造Class类对象，在你说的问题哪里，通过它可以得到一个文件的输入流
getClass :
public final Class getClass()
Returns the runtime class of an object. That Class object is the object that is locked by static synchronized methods of the represented class.
Returns:
the object of type Class that represents the runtime class of the object.

getClassLoader
public ClassLoader getClassLoader()
Returns the class loader for the class. Some implementations may use null to represent the bootstrap class loader. This method will return null in such implementations if this class was loaded by the bootstrap class loader.
If a security manager is present, and the caller′s class loader is not null and the caller′s class loader is not the same as or an ancestor of the class loader for the class whose class loader is requested, then this method calls the security manager′s checkPermission method with a RuntimePermission("getClassLoader") permission to ensure it′s ok to access the class loader for the class.

If this object represents a primitive type or void, null is returned.

Returns:
the class loader that loaded the class or interface represented by this object.
Throws:
SecurityException - if a security manager exists and its checkPermission method denies access to the class loader for the class.
See Also:
ClassLoader, SecurityManager.checkPermission(java.security.Permission), RuntimePermission

Class.getClassLoader()的一个小陷阱：）
昨天我的code总在Integer.class.getClassLoader().getResource("*********");这一句抛出空指针异常，定位为getClassLoader()返回null，查了一下jdk的文档，原来这里还有一个陷阱：
jdk中关于getClassLoader（）的描述：
/**
     * Returns the class loader for the class. Some implementations may use
     * null to represent the bootstrap class loader. This method will return
     * null in such implementations if this class was loaded by the bootstrap
     * class loader.
     *
     * <p> If a security manager is present, and the caller‘s class loader is
     * not null and the caller‘s class loader is not the same as or an ancestor of
     * the class loader for the class whose class loader is requested, then
     * this method calls the security manager‘s <code>checkPermission</code>
     * method with a <code>RuntimePermission("getClassLoader")</code>
     * permission to ensure it‘s ok to access the class loader for the class.
     *
     * <p>If this object
     * represents a primitive type or void, null is returned.
．．．．．

上面的英文可以用下面的话来理解：

装载类的过程非常简单：查找类所在位置，并将找到的Java类的字节码装入内存，生成对应的Class对象。Java的类装载器专门用来实现这样的过程，JVM并不止有一个类装载器，事实上，如果你愿意的话，你可以让JVM拥有无数个类装载器，当然这除了测试JVM外，我想不出还有其他的用途。你应该已经发现到了这样一个问题，类装载器自身也是一个类，它也需要被装载到内存中来，那么这些类装载器由谁来装载呢，总得有个根吧？没错，确实存在这样的根，它就是神龙见首不见尾的Bootstrap ClassLoader. 为什么说它神龙见首不见尾呢，因为你根本无法在Java代码中抓住哪怕是它的一点点的尾巴，尽管你能时时刻刻体会到它的存在，因为java的运行环境所需要的所有类库，都由它来装载，而它本身是C++写的程序，可以独立运行,可以说是JVM的运行起点,伟大吧。在Bootstrap完成它的任务后，会生成一个AppClassLoader(实际上之前系统还会使用扩展类装载器ExtClassLoader，它用于装载Java运行环境扩展包中的类),这个类装载器才是我们经常使用的，可以调用ClassLoader.getSystemClassLoader() 来获得，我们假定程序中没有使用类装载器相关操作设定或者自定义新的类装载器，那么我们编写的所有java类通通会由它来装载，值得尊敬吧。AppClassLoader查找类的区域就是耳熟能详的Classpath，也是初学者必须跨过的门槛，有没有灵光一闪的感觉，我们按照它的类查找范围给它取名为类路径类装载器。还是先前假定的情况，当Java中出现新的类，AppClassLoader首先在类传递给它的父类类装载器，也就是Extion ClassLoader，询问它是否能够装载该类，如果能，那AppClassLoader就不干这活了，同样Extion ClassLoader在装载时，也会先问问它的父类装载器。我们可以看出类装载器实际上是一个树状的结构图，每个类装载器有自己的父亲，类装载器在装载类时，总是先让自己的父类装载器装载(多么尊敬长辈),如果父类装载器无法装载该类时，自己就会动手装载，如果它也装载不了，那么对不起，它会大喊一声：Exception，class not found。有必要提一句，当由直接使用类路径装载器装载类失败抛出的是NoClassDefFoundException异常。如果使用自定义的类装载器loadClass方法或者ClassLoader的findSystemClass方法装载类，如果你不去刻意改变，那么抛出的是ClassNotFoundException。

这里jdk告诉我们：如果一个类是通过bootstrap 载入的，那我们通过这个类去获得classloader的话，有些jdk的实现是会返回一个null的，比如说我用 new Object().getClass().getClassLoader()的话，会返回一个null，这样的话上面的代码就会出现NullPointer异常．所以保险起见我们最好还是使用我们自己写的类来获取classloader（"this.getClass().getClassLoader()“），这样一来就不会有问题。

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ClassLoader详解及用途（文件加载，类加载）

    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Java1.1及从前版本中，ClassLoader主要方法：  
Class loadClass( String name, boolean resolve ); ClassLoader.loadClass() 是 ClassLoader 的入口点  
defineClass 方法是 ClassLoader 的主要诀窍。该方法接受由原始字节组成的数组并把它转换成 Class 对象。原始数组包含如从文件系统或网络装入的数据。  
findSystemClass 方法从本地文件系统装入文件。它在本地文件系统中寻找类文件，如果存在，就使用 defineClass 将原始字节转换成 Class 对象，以将该文件转换成类。当运行 Java 应用程序时，这是 JVM 正常装入类的缺省机制。  
resolveClass可以不完全地（不带解析）装入类，也可以完全地（带解析）装入类。当编写我们自己的 loadClass 时，可以调用 resolveClass，这取决于 loadClass 的 resolve 参数的值  
findLoadedClass 充当一个缓存：当请求 loadClass 装入类时，它调用该方法来查看 ClassLoader 是否已装入这个类，这样可以避免重新装入已存在类所造成的麻烦。应首先调用该方法  
一般load方法过程如下：  

调用 findLoadedClass 来查看是否存在已装入的类。  
如果没有，那么采用某种特殊的神奇方式来获取原始字节。（通过IO从文件系统，来自网络的字节流等）  
如果已有原始字节，调用 defineClass 将它们转换成 Class 对象。  
如果没有原始字节，然后调用 findSystemClass 查看是否从本地文件系统获取类。  
如果 resolve 参数是 true，那么调用 resolveClass 解析 Class 对象。  
如果还没有类，返回 ClassNotFoundException。  
否则，将类返回给调用程序。  
1.3 委托模型自从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 ... 

由 Common 类装入器装入的类决不能（根据名称）直接访问由 Web 应用程序装入的类。使这些类联系在一起的唯一方法是通过使用这两个类集都可见的接口。在这个例子中，就是包含由 Java servlet 实现的 javax.servlet.Servlet。  
如果在lib或者lib/ext等类库有与应用中同样的类，那么应用中的类将无法被载入。通常在jdk新版本出现有类库移动时会出现问题，例如最初我们使用自己的xml解析器，而在jdk1.4中xml解析器变成标准类库，load的优先级也高于我们自己的xml解析器，我们自己的xml解析器永远无法找到，将可能导致我们的应用无法运行。  

相同的类，不同的ClassLoader，将导致ClassCastException异常  

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）  
1.7 几种扩展应用用户定制自己的ClassLoader可以实现以下的一些应用  
安全性。类进入JVM之前先经过ClassLoader，所以可以在这边检查是否有正确的数字签名等  
加密。java字节码很容易被反编译，通过定制ClassLoader使得字节码先加密防止别人下载后反编译，这里的ClassLoader相当于一个动态的解码器  
归档。可能为了节省网络资源，对自己的代码做一些特殊的归档，然后用定制的ClassLoader来解档  
自展开程序。把java应用程序编译成单个可执行类文件，这个文件包含压缩的和加密的类文件数据，同时有一个固定的ClassLoader，当程序运行时它在内存中完全自行解开，无需先安装  
动态生成。可以生成应用其他还未生成类的类，实时创建整个类并可在任何时刻引入JVM  
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  
    /* Step 1. Get ClassLoader */ 
    ClassLoader cl; // 如何获得ClassLoader参考1.6 

    /* Step 2. Load the class */ 
    Class cls = cl.loadClass("com.rain.B"); // 使用第一步得到的ClassLoader来载入B 
     
    /* Step 3. new instance */ 
    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  

/** 
 * 假设当前位置是 "C:/test"，通过执行如下命令来运行A "java com.rain.A" 
 * 1. 在程序里可以使用绝对路径，Windows下的绝对路径以盘号开始，Unix下以"/"开始 
 * 2. 也可以使用相对路径，相对路径前面没有"/" 
 * 因为我们在 "C:/test" 目录下执行程序，程序入口点是"C:/test"，相对路径就 
 * 是 "com/rain/config/sys.properties" 
 * （例子中，当前程序的ClassLoader是App ClassLoader，system ClassLoader = 当前的 
 * 程序的ClassLoader，入口点是"C:/test"） 
 * 对于ClassLoader树，如果文件在jdk lib下，如果文件在jdk lib/ext下，如果文件在环境变量里， 
 * 都可以通过相对路径"sys.properties"找到，lib下的文件最先被找到 
 */ 
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 

2.3 如何在web应用里载入资源在web应用里当然也可以使用ClassLoader来载入资源，但更常用的情况是使用ServletContext，如下是web目录结构  
    ContextRoot 
       |- JSP、html、Image等各种文件 
        |- [WEB-INF] 
              |- web.xml 
              |- [lib] Web用到的JAR文件 
                |- [classes] 类文件 

用户程序通常在classes目录下，如果想读取classes目录里的文件，可以使用ClassLoader，如果想读取其他的文件，一般使用ServletContext.getResource()  
如果使用ServletContext.getResource(path)方法，路径必须以"/"开始，路径被解释成相对于ContextRoot的路径，此处载入文件的方法和ClassLoader不同，举例"/WEB-INF/web.xml","/download/WebExAgent.rar"