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谈谈 Java 类加载机制(一)
2018-11-21 14:08:42 】 浏览:49
Tags:谈谈 Java 加载 机制

最近在学习 Tomcat 架构,其中很重要的一个模块是类加载器,因为以前学习的不够深入,所以趁这个机会好好把类加载机制搞明白。

概述

类加载器主要分为两类,一类是 JDK 默认提供的,一类是用户自定义的。 JDK 默认提供三种类加载器:

  1. Bootstrap ClassLoader 启动类加载器:每次执行 java 命令时都会使用该加载器为虚拟机加载核心类。该加载器是由 native code 实现,而不是 Java 代码,加载类的路径为 <JAVA_HOME>/jre/lib。特别的 <JAVA_HOME>/jre/lib/rt.jar 中包含了 sun.misc.Launcher 类, 而 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 和 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 都是 sun.misc.Launcher 的内部类,所以拓展类加载器和系统类加载器都是由启动类加载器加载的。
  2. Extension ClassLoader, 拓展类加载器:用于加载拓展库中的类。拓展库路径为 <JAVA_HOME>/jre/lib/ext/。实现类为 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
  3. System ClassLoader 系统类加载器:用于加载 CLASSPATH 中的类。实现类为 sun.misc.Launcher$AppClassLoader

用户自定义的类加载器

  1. Custom ClassLoader, 一般都是 java.lang.ClassLoder 的子类

正统的类加载机制是基于双亲委派的,也就是当调用类加载器加载类时,首先将加载任务委派给双亲,若双亲无法加载成功时,自己才进行类加载。

在实例化一个新的类加载器时,我们可以为其指定一个 parent,即双亲,若未显式指定,则 System ClassLoader 就作为默认双亲。

具体的说,类加载任务是由 ClassLoader 的 loadClass() 方法来执行的,他会按照以下顺序加载类:

  1. 通过 findLoadedClass() 看该类是否已经被加载。该方法为 native code 实现,若已加载则返回。
  2. 若未加载则委派给双亲,parent.loadClass(),若成功则返回。
  3. 若未成功,则调用 findClass() 方法加载类。java.lang.ClassLoader 中该方法只是简单的抛出一个 ClassNotFoundException 所以,自定义的 ClassLoader 都需要 Override findClass() 方法。

类加载API

java.lang.ClassLoader

  • ClassLoader 是一个抽象类。
  • 待加载的类必须用 The Java? Language Specification 定义的全类名,全类名的定义请查阅 The Form of a Binary
  • 给定一个全类名,类加载器应该去定位该类所在的位置。通用的策略是将全类名转换为类文件路径,然后通过类文件路径在文件系统中定位。
  • 每一个加载到内存的类都由一个 Class 对象来表示,每一个 Class 对象都有一个指向加载该类的类加载器的引用。但是数组的 Class 对象是由 Java 运行时环境创建的,通过 Class.getClassLoader() 方法返回的是数组元素的类加载器,若数组元素是基本类型,则返回 null,若类是由 Bootstrap ClassLoader 加载的话也是返回 null。
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            // Object 类在 <java_home>/jre/lib/rt.jar 中,
            // 由 Bootstrap ClassLoader 加载,由于该类加载器是由 native code 编写
            // 所以输出为 null
            Object[] objects = new Object[5];
            System.out.println();
            System.out.println(objects.getClass().getClassLoader());
    
            // ZipFileAttributes 类在 <java_home>/jre/lib/ext/zipfs.jar 中,
            // 由 Extension ClassLoader 加载,
            // 输出为  sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@4b67cf4d
            ZipFileAttributes[] attributes = new ZipFileAttributes[5];
            System.out.println();
            System.out.println(attributes.getClass().getClassLoader());
    
            // Main 类是自定义的类,
            // 默认由 System ClassLoader 加载,
            // 输出为 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
            Main[] array = new Main[5];
            array[0] = new Main();
            System.out.println();
            System.out.println(array.getClass().getClassLoader());
        }
    }
  • ClassLoader 默认支持并行加载,但是其子类必须调用 ClassLoader.registerAsParallelCapable() 来启用并行加载
  • 一般来说,JVM 从本地文件系统加载类的行为是与平台有关的。
  • defineClass() 方法可以将字节流转换成一个 Class 对象。然后调用 Class.newInstance() 来创建类的实例

java.security.SecureClassLoader

增加了一层权限验证,因为关注点不在安全,所以暂不讨论。

java.net.URLClassLoader

该类加载器用来加载 URL 指定的 JAR 文件或目录中的类和资源,以 / 结尾的 URL 认为是目录,否则认为是 JAR 文件。

// 尝试通过 URLClassLoader 来加载桌面下的 Test 类。
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            URL[] urls
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