整理Java中的ClassLoader核心知識點
本文整理了基于 JDK8 的 ClassLoader 核心知識點，包括 JVM 中 ClassLoader 種類、ClassLoader 執(zhí)行順序、父加載器概念、雙親委派機制、自定義類加載器。
JDK 和 JRE 的作用
- JDK 提供了 java 的編程環(huán)境，它包含編譯調(diào)試的環(huán)境功能，包含 JRE(JDK 目錄中的 JRE 為專用 JRE，而安裝后與 JDK 同目錄的 JRE 為公用 JRE)。開發(fā)時一般運行的是 JDK 專用JRE，而運行外部程序時一般運行的是公用 JRE，實現(xiàn)了分工不同的 jre 負責各自范圍的內(nèi)容。
- JRE 提供了 JAVA 程序運行的必要環(huán)境平臺
JAVAHOME、PATH、CLASSPATH
- JAVAHOME： JDK安裝的位置路徑，如：D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241
- PATH： 配置后運行 bin 中的命令不需要補全全路徑，如可以在任意的位置運行 java 和 javac 命令， %JAVA_HOME%\bin;
- CLASSPATH：指向jar包路徑 %JAVA_HOME%\lib;
類加載器的種類
在JVM中有三類ClassLoader構成：
- Bootstrap ClassLoader 啟動類(或根類)加載器
- Extention ClassLoader 擴展的類加載器
- Appclass Loader 應用類加載器
(1) Bootstrap ClassLoader
Bootstrap ClassLoader 最頂層的類加載器，主要加載核心類庫 %JRE_HOME%\lib 下的 rt.jar、resources.jar、charsets.jar 和 class文件等。
- //執(zhí)行
- System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
- //輸出結果
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\resources.jar;
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\rt.jar;
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\sunrsasign.jar;
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jsse.jar;
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jce.jar;
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\charsets.jar;
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jfr.jar;
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\classes
(2) Extention ClassLoader
Extention ClassLoader 擴展的類加載器，主要加載目錄 %JRE_HOME%\lib\ext 目錄下的jar包和class文件。
- //執(zhí)行
- System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
- //輸出
- D:\Program Files\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
(3) Appclass Loader
Appclass Loader也稱為SystemAppClass 加載當前應用的classpath的所有類。
類加載器的執(zhí)行順序
除啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader)外，擴展類加載器和應用類加載器都是通過類sun.misc.Launcher進行初始化，而Launcher類則由啟動類加載器進行加載。Launcher相關代碼如下：
- public Launcher() {
- Launcher.ExtClassLoader var1;
- try {
- //初始化擴展類加載器，構造函數(shù)沒有入?yún)?，無法獲取啟動類加載器
- var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
- } catch (IOException var10) {
- throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);
- }
- try {
- //初始化應用類加載器，入?yún)閿U展類加載器
- this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
- } catch (IOException var9) {
- throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);
- }
- // 設置上下文類加載器
- Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);
- //...
- }
加載順序：Bootstrap CLassloder > Extention ClassLoader > AppClassLoader
父加載器概念
AppClassLoader 和 ExtClassLoader 都繼承了 URLClassLoader。每個類加載器都有一個父加載器(注意：父類和父加載器是兩個不同的概念)，可通過 getParent() 獲取父類加載器。
- System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString());
- System.out.println("ClassLoader\'s parent is:"+cl.getParent().toString());System.out.println("ClassLoader\'s grand father is:"+cl.getParent().getParent().toString());
- AppClassLoader 的父加載器是ExtClassLoader
- ExtClassLoader的父加載器是Bootstrap ClassLoader(上面代碼輸出 ExtClassLoader 為null 是因為 Bootstrap ClassLoader 本身不是一個Java 類所致)
- Bootstrap ClassLoader是由C/C++編寫的，它本身是虛擬機的一部分，所以它并不是一個JAVA類，也就是無法在java代碼中獲取它的引用，JVM啟動時通過Bootstrap類加載器加載rt.jar等核心jar包中的class文件，之前的int.class,String.class都是由它加載。然后呢，我們前面已經(jīng)分析了，JVM初始化sun.misc.Launcher并創(chuàng)建Extension ClassLoader和AppClassLoader實例。并將ExtClassLoader設置為AppClassLoader的父加載器。Bootstrap沒有父加載器，但是它卻可以作用一個ClassLoader的父加載器。
雙親委派
雙親委派模型：當一個類加載器接收到類加載請求時，會先請求其父類加載器加載，依次遞歸，當父類加載器無法找到該類時(根據(jù)類的全限定名稱)，子類加載器才會嘗試去加載。
時序圖
為什么使用雙親委派模型?
雙親委派模型是為了保證Java核心庫的類型安全。所有Java應用都至少需要引用java.lang.Object類，在運行時這個類需要被加載到Java虛擬機中。如果該加載過程由自定義類加載器來完成，可能就會存在多個版本的java.lang.Object類，而且這些類之間是不兼容的。
通過雙親委派模型，對于Java核心庫的類的加載工作由啟動類加載器來統(tǒng)一完成，保證了Java應用所使用的都是同一個版本的Java核心庫的類，是互相兼容的。
自定義類加載器
不管是Bootstrap ClassLoader還是ExtClassLoader等，這些類加載器都只是加載指定的目錄下的jar包或者資源。如果我們需要動態(tài)加載比如從指定目錄中加載一個class文件，這時候通過自定義類加載器可以實現(xiàn)。
自定義類加載器只需要繼承java.lang.ClassLoader類，然后重寫findClass(String name)方法即可，在方法中指明如何獲取類的字節(jié)碼流。如果要破壞雙親委派規(guī)范的話，還需重寫loadClass方法(雙親委派的具體邏輯實現(xiàn))。但不建議這么做。
- public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {
- private String classPath;
- public ClassLoaderTest(String classPath) {
- this.classPath = classPath;
- }
- /**
- * 編寫findClass方法的邏輯
- *
- * @param name
- * @return
- * @throws ClassNotFoundException
- */
- @Override
- protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
- // 獲取類的class文件字節(jié)數(shù)組
- byte[] classData = getClassData(name);
- if (classData == null) {
- throw new ClassNotFoundException();
- } else {
- // 生成class對象
- return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
- }
- }
- /**
- * 編寫獲取class文件并轉換為字節(jié)碼流的邏輯
- *
- * @param className
- * @return
- */
- private byte[] getClassData(String className) {
- // 讀取類文件的字節(jié)
- String path = classNameToPath(className);
- try {
- InputStream is = new FileInputStream(path);
- ByteArrayOutputStream stream = new ByteArrayOutputStream();
- byte[] buffer = new byte[2048];
- int num = 0;
- // 讀取類文件的字節(jié)碼
- while ((num = is.read(buffer)) != -1) {
- stream.write(buffer, 0, num);
- }
- return stream.toByteArray();
- } catch (IOException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return null;
- }
- /**
- * 類文件的完全路徑
- *
- * @param className
- * @return
- */
- private String classNameToPath(String className) {
- return classPath + File.separatorChar
- + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
- }
- public static void main(String[] args) {
- String classPath = "/Users/zzs/my/article/projects/java-stream/src/main/java/";
- ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest(classPath);
- try {
- //加載指定的class文件
- Class<?> object1 = loader.loadClass("com.secbro2.classload.SubClass");
- System.out.println(object1.newInstance().toString());
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
