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Java的ClassLoader機(jī)制解析

作者：huangcanqin
開發(fā) 后端
類加載就是尋找一個(gè)類或是一個(gè)接口的字節(jié)碼文件并通過解析該字節(jié)碼來構(gòu)造代表這個(gè)類或是這個(gè)接口的 class 對(duì)象的過程，下面我們將來了解一下Java的ClassLoader機(jī)制的原理。

JVM在加載類的時(shí)候，都是通過ClassLoader的loadClass()方法來加載class的，loadClass(String name)方法：

使用的是雙親委托模式：

jvm啟動(dòng)時(shí)，會(huì)啟動(dòng)jre/rt.jar里的類加載器：bootstrap classloader，用來加載java核心api；然后啟動(dòng)擴(kuò)展類加載器ExtClassLoader加載擴(kuò)展類，并加載用戶程序加載器AppClassLoader，并指定ExtClassLoader為他的父類；

當(dāng)類被加載時(shí)，會(huì)先檢查在內(nèi)存中是否已經(jīng)被加載，如果是，則不再加載，如果沒有，再由AppClassLoader來加載，先從jar包里找，沒有再從classpath里找；

如果自定義loader類，就會(huì)存在這命名空間的情況，不同的加載器加載同一個(gè)類時(shí)，產(chǎn)生的實(shí)例其實(shí)是不同的；

Java代碼

  1. public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
  2. return loadClass(name, false); 
  3. } 
  4.  
  5. public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
  6. return loadClass(name, false); 
  7. } 

loadClass(String name)方法再調(diào)用loadClass(String name, boolean resolve)方法：

◆ name - 類的二進(jìn)制名稱

◆ resolve - 如果該參數(shù)為 true，則分析這個(gè)類

Java代碼

  1. protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) 
  2. throws ClassNotFoundException 
  3. { 
  4. // First, check if the class has already been loaded 
  5. //JVM 規(guī)范規(guī)定ClassLoader可以在緩存保留它所加載的Class，如果一個(gè)Class已經(jīng)被加載過，則直接從緩存中獲取 
  6. Class c = findLoadedClass(name); 
  7. if (c == null) { 
  8. try { 
  9. if (parent != null) { 
  10. c = parent.loadClass(name, false); 
  11. } else { 
  12. c = findBootstrapClass0(name); 
  13. } 
  14. } catch (ClassNotFoundException e) { 
  15. // If still not found, then invoke findClass in order 
  16. // to find the class. 
  17. c = findClass(name); 
  18. } 
  19. } 
  20. if (resolve) { 
  21. resolveClass(c); 
  22. } 
  23. return c; 
  24. } 
  25.  
  26. protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) 
  27. throws ClassNotFoundException 
  28. { 
  29. // First, check if the class has already been loaded 
  30. //JVM 規(guī)范規(guī)定ClassLoader可以在緩存保留它所加載的Class，如果一個(gè)Class已經(jīng)被加載過，則直接從緩存中獲取 
  31. Class c = findLoadedClass(name); 
  32. if (c == null) { 
  33. try { 
  34. if (parent != null) { 
  35. c = parent.loadClass(name, false); 
  36. } else { 
  37. c = findBootstrapClass0(name); 
  38. } 
  39. } catch (ClassNotFoundException e) { 
  40. // If still not found, then invoke findClass in order 
  41. // to find the class. 
  42. c = findClass(name); 
  43. } 
  44. } 
  45. if (resolve) { 
  46. resolveClass(c); 
  47. } 
  48. return c; 
  49. } 

如果ClassLoader并沒有加載這個(gè)class，則調(diào)用findBootstrapClass0：

Java代碼

  1. private Class findBootstrapClass0(String name) 
  2. throws ClassNotFoundException 
  3. { 
  4. check(); 
  5. if (!checkName(name)) 
  6. throw new ClassNotFoundException(name); 
  7. return findBootstrapClass(name); 
  8. } 
  9.  
  10. private Class findBootstrapClass0(String name) 
  11. throws ClassNotFoundException 
  12. { 
  13. check(); 
  14. if (!checkName(name)) 
  15. throw new ClassNotFoundException(name); 
  16. return findBootstrapClass(name); 
  17. } 

該方法會(huì)調(diào)用check()方法來判斷這個(gè)類是否已經(jīng)初始化，并且通過checkName(name)來判斷由name指定的這個(gè)類是否存在***調(diào)用findBootstrapClass(name)：

Java代碼

  1. private native Class findBootstrapClass(String name) 
  2. throws ClassNotFoundException; 
  3.  
  4. private native Class findBootstrapClass(String name) 
  5. throws ClassNotFoundException; 

而這個(gè)findBootstrapClass方法是一個(gè)native方法，這是我們的root loader，這個(gè)載入方法并非是由JAVA所寫，而是C++寫的，它會(huì)最終調(diào)用JVM中的原生findBootstrapClass方法來完成類的加載。

如果上面兩個(gè)都找不到，則使用findClass(name)來查找指定類名的Class：

Java代碼

  1. protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
  2. throw new ClassNotFoundException(name); 
  3. } 
  4.  
  5. protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
  6. throw new ClassNotFoundException(name); 
  7. } 

JDK5.0中的說明：

使用指定的二進(jìn)制名稱查找類。此方法應(yīng)該被類加載器的實(shí)現(xiàn)重寫，該實(shí)現(xiàn)按照委托模型來加載類。在通過父類加載器檢查所請(qǐng)求的類后，此方法將被 loadClass 方法調(diào)用。默認(rèn)實(shí)現(xiàn)拋出一個(gè)ClassNotFoundException。

所以，我們?cè)谧远x類中，只需要重寫findClass()即可。

MyClassLoader類：

Java代碼

  1. public class MyClassLoader extends ClassLoader { 
  2. private String fileName; 
  3.  
  4. public MyClassLoader(String fileName) { 
  5. this.fileName = fileName; 
  6. } 
  7.  
  8. protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException { 
  9. Class clazz = this.findLoadedClass(className); 
  10. if (null == clazz) { 
  11. try { 
  12. String classFile = getClassFile(className); 
  13. FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile); 
  14. FileChannel fileC = fis.getChannel(); 
  15. ByteArrayOutputStream baos = new 
  16. ByteArrayOutputStream(); 
  17. WritableByteChannel outC = Channels.newChannel(baos); 
  18. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); 
  19. while (true) { 
  20. int i = fileC.read(buffer); 
  21. if (i == 0 || i == -1) { 
  22. break; 
  23. } 
  24. buffer.flip(); 
  25. outC.write(buffer); 
  26. buffer.clear(); 
  27. } 
  28. fis.close(); 
  29. byte[] bytes = baos.toByteArray(); 
  30.  
  31. clazz = defineClass(className, bytes, 0, bytes.length); 
  32. } catch (FileNotFoundException e) { 
  33. e.printStackTrace(); 
  34. } catch (IOException e) { 
  35. e.printStackTrace(); 
  36. } 
  37. } 
  38. return clazz; 
  39. } 
  40. private byte[] loadClassBytes(String className) throws 
  41. ClassNotFoundException { 
  42. try { 
  43. String classFile = getClassFile(className); 
  44. FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile); 
  45. FileChannel fileC = fis.getChannel(); 
  46. ByteArrayOutputStream baos = new 
  47. ByteArrayOutputStream(); 
  48. WritableByteChannel outC = Channels.newChannel(baos); 
  49. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); 
  50. while (true) { 
  51. int i = fileC.read(buffer); 
  52. if (i == 0 || i == -1) { 
  53. break; 
  54. } 
  55. buffer.flip(); 
  56. outC.write(buffer); 
  57. buffer.clear(); 
  58. } 
  59. fis.close(); 
  60. return baos.toByteArray(); 
  61. } catch (IOException fnfe) { 
  62. throw new ClassNotFoundException(className); 
  63. } 
  64. } 
  65. private String getClassFile(String name) { 
  66. StringBuffer sb = new StringBuffer(fileName); 
  67. name = name.replace('.', File.separatorChar) + ".class"; 
  68. sb.append(File.separator + name); 
  69. return sb.toString(); 
  70. } 
  71. } 
  72.  
  73. public class MyClassLoader extends ClassLoader { 
  74. private String fileName; 
  75.  
  76. public MyClassLoader(String fileName) { 
  77. this.fileName = fileName; 
  78. } 
  79.  
  80. protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException { 
  81. Class clazz = this.findLoadedClass(className); 
  82. if (null == clazz) { 
  83. try { 
  84. String classFile = getClassFile(className); 
  85. FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile); 
  86. FileChannel fileC = fis.getChannel(); 
  87. ByteArrayOutputStream baos = new 
  88. ByteArrayOutputStream(); 
  89. WritableByteChannel outC = Channels.newChannel(baos); 
  90. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); 
  91. while (true) { 
  92. int i = fileC.read(buffer); 
  93. if (i == 0 || i == -1) { 
  94. break; 
  95. } 
  96. buffer.flip(); 
  97. outC.write(buffer); 
  98. buffer.clear(); 
  99. } 
  100. fis.close(); 
  101. byte[] bytes = baos.toByteArray(); 
  102.  
  103. clazz = defineClass(className, bytes, 0, bytes.length); 
  104. } catch (FileNotFoundException e) { 
  105. e.printStackTrace(); 
  106. } catch (IOException e) { 
  107. e.printStackTrace(); 
  108. } 
  109. } 
  110. return clazz; 
  111. } 
  112. private byte[] loadClassBytes(String className) throws 
  113. ClassNotFoundException { 
  114. try { 
  115. String classFile = getClassFile(className); 
  116. FileInputStream fis = new FileInputStream(classFile); 
  117. FileChannel fileC = fis.getChannel(); 
  118. ByteArrayOutputStream baos = new 
  119. ByteArrayOutputStream(); 
  120. WritableByteChannel outC = Channels.newChannel(baos); 
  121. ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(1024); 
  122. while (true) { 
  123. int i = fileC.read(buffer); 
  124. if (i == 0 || i == -1) { 
  125. break; 
  126. } 
  127. buffer.flip(); 
  128. outC.write(buffer); 
  129. buffer.clear(); 
  130. } 
  131. fis.close(); 
  132. return baos.toByteArray(); 
  133. } catch (IOException fnfe) { 
  134. throw new ClassNotFoundException(className); 
  135. } 
  136. } 
  137. private String getClassFile(String name) { 
  138. StringBuffer sb = new StringBuffer(fileName); 
  139. name = name.replace('.', File.separatorChar) + ".class"; 
  140. sb.append(File.separator + name); 
  141. return sb.toString(); 
  142. } 
  143. } 

該類中通過調(diào)用defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)方法來定義一個(gè)類：

Java代碼

  1. protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 
  2. throws ClassFormatError 
  3. { 
  4. return defineClass(name, b, off, len, null); 
  5. } 
  6.  
  7. protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 
  8. throws ClassFormatError 
  9. { 
  10. return defineClass(name, b, off, len, null); 
  11. } 

注：MyClassLoader加載類時(shí)有一個(gè)局限，必需指定.class文件，而不能指定.jar文件。該類中的大部分代碼是從網(wǎng)上搜索到的，是出自一牛人之筆，只是不知道原帖在哪，希望不會(huì)被隱藏。

MainClassLoader類：

Java代碼

  1. public class MainClassLoader { 
  2. public static void main(String[] args) { 
  3. try { 
  4. MyClassLoader tc = new MyClassLoader("F:\\OpenLib\\"); 
  5. Class c = tc.findClass("Test"); 
  6. c.newInstance(); 
  7. } catch (ClassNotFoundException e) { 
  8. e.printStackTrace(); 
  9. } catch (IllegalAccessException e) { 
  10. e.printStackTrace(); 
  11. } catch (InstantiationException e) { 
  12. e.printStackTrace(); 
  13. } 
  14. } 
  15. } 
  16.  
  17. public class MainClassLoader { 
  18. public static void main(String[] args) { 
  19. try { 
  20. MyClassLoader tc = new MyClassLoader("F:\\OpenLib\\"); 
  21. Class c = tc.findClass("Test"); 
  22. c.newInstance(); 
  23. } catch (ClassNotFoundException e) { 
  24. e.printStackTrace(); 
  25. } catch (IllegalAccessException e) { 
  26. e.printStackTrace(); 
  27. } catch (InstantiationException e) { 
  28. e.printStackTrace(); 
  29. } 
  30. } 
  31. } 

***是一個(gè)簡(jiǎn)單的Test測(cè)試類：

Java代碼

  1. public class Test 
  2. { 
  3. public Test() { 
  4. System.out.println("Test"); 
  5. } 
  6. public static void main(String[] args) { 
  7. System.out.println("Hello World"); 
  8. } 
  9. }  
原文鏈接：http://huangcanqin.iteye.com/blog/1273170
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責(zé)任編輯：林師授 來源： huangcanqin的博客
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