深入理解和探究Java类加载机制

java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称,找到或者生成其对应的字节代码,然后从这些字节代码中定义出一个Java 类,即 java.lang.Class类的一个实例。

ClassLoader提供了一系列的方法,比较重要的方法如:

2.JVM中类加载器的树状层次结构

Java 中的类加载器大致可以分成两类,一类是系统提供的,另外一类则是由 Java 应用开发人员编写的。

引导类加载器(bootstrap class loader):

它用来加载 Java 的核心库(jre/lib/rt.jar),是用原生C++代码来实现的,并不继承自java.lang.ClassLoader。

加载扩展类和应用程序类加载器,并指定他们的父类加载器,在java中获取不到。

扩展类加载器(extensions class loader):

它用来加载 Java 的扩展库(jre/ext/*.jar)。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。

系统类加载器(system class loader):

它根据 Java 应用的类路径(CLASSPATH)来加载 Java 类。一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

自定义类加载器(custom class loader):

除了系统提供的类加载器以外,开发人员可以通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现自己的类加载器,以满足一些特殊的需求。

以下测试代码可以证明此层次结构:

public class testClassLoader {
    @Test
    public void test(){
        //application class loader
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        //extensions class loader
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
        //bootstrap class loader
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

输出为:

可以看出ClassLoader类是由AppClassLoader加载的。他的父亲是ExtClassLoader,ExtClassLoader的父亲无法获取是因为它是用C++实现的。

3.双亲委派机制

  某个特定的类加载器在接到加载类的请求时,首先将加载任务委托交给父类加载器,父类加载器又将加载任务向上委托,直到最父类加载器,如果最父类加载器可以完成类加载任务,就成功返回,如果不行就向下传递委托任务,由其子类加载器进行加载。

双亲委派机制的好处:

  保证java核心库的安全性(例如:如果用户自己写了一个java.lang.String类就会因为双亲委派机制不能被加载,不会破坏原生的String类的加载)

代理模式

  与双亲委派机制相反,代理模式是先自己尝试加载,如果无法加载则向上传递。tomcat就是代理模式。

4.自定义类加载器

public class MyClassLoader extends ClassLoader{

    private String rootPath;

    public MyClassLoader(String rootPath){
        this.rootPath = rootPath;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        //check if the class have been loaded
        Class<?> c = findLoadedClass(name);        
        if(c!=null){
            return c;
        }
        //load the class
        byte[] classData = getClassData(name);
        if(classData==null){
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        else{
            c = defineClass(name,classData, 0, classData.length);
            return c;
        }    
    }

    private byte[] getClassData(String className){
        String path = rootPath+"/"+className.replace('.', '/')+".class";

        InputStream is = null;
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        try {
            is = new FileInputStream(path);
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int temp = 0;
            while((temp = is.read(buffer))!=-1){
                bos.write(buffer,0,temp);
            }
            return bos.toByteArray();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            try {
                is.close();
                bos.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }            
        }

        return null;        
    }    

}

测试自定义的类加载器

创建一个测试类HelloWorld

package testOthers;

public class HelloWorld {

}

在D盘根目录创建一个testOthers文件夹,编译HelloWorld.java,将得到的class文件放到testOthers文件夹下。

利用如下代码进行测试

public class testMyClassLoader {
    @Test
    public void test() throws Exception{
        MyClassLoader loader = new MyClassLoader("D:");
        Class<?> c = loader.loadClass("testOthers.HelloWorld");
        System.out.println(c.getClassLoader());
    }
}

输出:

说明HelloWorld类是被我们的自定义类加载器MyClassLoader加载的

5.类加载过程详解

JVM将类加载过程分为三个步骤:装载(Load),链接(Link)和初始化(Initialize)

1) 装载:

  查找并加载类的二进制数据;

2)链接:

  验证:确保被加载类信息符合JVM规范、没有安全方面的问题。

  准备:为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值。

  解析:把虚拟机常量池中的符号引用转换为直接引用。

3)初始化:

  为类的静态变量赋予正确的初始值。

ps:解析部分需要说明一下,Java 中,虚拟机会为每个加载的类维护一个常量池【不同于字符串常量池,这个常量池只是该类的字面值(例如类名、方法名)和符号引用的有序集合。 而字符串常量池,是整个JVM共享的】这些符号(如int a = 5;中的a)就是符号引用,而解析过程就是把它转换成指向堆中的对象地址的相对地址。

类的初始化步骤:

1)如果这个类还没有被加载和链接,那先进行加载和链接

2)假如这个类存在直接父类,并且这个类还没有被初始化(注意:在一个类加载器中,类只能初始化一次),那就初始化直接的父类(不适用于接口)

3)如果类中存在static标识的块,那就依次执行这些初始化语句。

原文发布于微信公众号 - Linyb极客之路(gh_c420b2cf6b47)

原文发表时间:2018-07-07

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