JavaClassLoader？

1. ClassLoader

类加载器(class loader)用来加载 Java 类到 Java 虚拟机中。Java 源程序(.java 文件)在经过 Java 编译器编译之后就被转换成 Java 字节代码(.class 文件)。类加载器负责读取 Java 字节代码，并转换成 java.lang.Class 类的一个实例。

2. ClassLoader Hierarchy

JVM在加载类时，使用的是双亲委托模式(delegation model)，也就是说除了Bootstrap ClassLoader之外，每个ClassLoader都有一个Parent ClassLoader。ClassLoader是按需进行加载class文件。当ClassLoader试图加载一个类时，首先检查本地缓冲，查看类是否已被加载，如果类没有被加载，尝试委托给父ClassLoader进行加载，如果父ClassLoader加载失败，才会由该ClassLoader进行加载，从而避免了重复加载的问题。一下为类装载器层次图：

Bootstrap ClassLoader：负责加载java_home/lib目录下的核心类或- Xbootclasspath指定目录下的类。

Extension ClassLoader：负责加载java_home/lib/ext目录下的扩展类或 -Djava.ext.dirs 指定目录下的类。

System ClassLoader：负责加载-classpath/-Djava.class.path所指的目录下的类。

如果类App1在本地缓冲中没有class文件(没有被加载)，那么它会自底向上依次查找是否已经加载了类，如果已经加载，则直接返回该类实例的引用。如果BootstrapClassLoader也未成功加载该类，那么会抛出异常，然后自顶向下依次尝试加载，如果到App1 ClassLoader还没有加载成功，那么会抛出ClassNotFoundException异常给调用者。

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static void main(String[] args) {     
    2.   
  
  
  
  2.         ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();     
    3.   
  
  
  
  3.         while(cl != null){     
    4.   
  
  
  
  4.             System.out.println(cl);     
    5.   
  
  
  
  5.             System.out.println("parent class loader: " + cl.getParent());     
    6.   
  
  
  
  6.             cl = cl.getParent();     
    7.   
  
  
  
  7.         }     
    8.   
  
  
  
  8.     }  
    9.

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f    
    2.   
  
  
  
  2. parent class loader: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1    
    3.   
  
  
  
  3. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1    
    4.   
  
  
  
  4. parent class loader: null   
    5.

我们看到，当前系统类装载器为AppClassLoader,AppClassLoader的父类装载器是ExtClassLoader，ExtClassLoader的父装载器为null，表示为BootstrapClassLoader。BootstrapClassLoader由JVM采用本地代码实现，因此没有对应的Java类，所以ExtClassLoader的getParent()返回null。

ClassLoader的职责之一是保护系统名字空间。以下为ClassLoader类部分代码：

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private ProtectionDomain preDefineClass(String name,     
    2.   
  
  
  
  2.                         ProtectionDomain protectionDomain)     
    3.   
  
  
  
  3.     {     
    4.   
  
  
  
  4.     if (!checkName(name))     
    5.   
  
  
  
  5.         throw new NoClassDefFoundError("IllegalName: " + name);     
    6.   
  
  
  
  6.     
    7.   
  
  
  
  7.     if ((name != null) && name.startsWith("java.")) {     
    8.   
  
  
  
  8.         throw new SecurityException("Prohibited package name: " +     
    9.   
  
  
  
  9.                     name.substring(0, name.lastIndexOf('.')));     
    10.   
  
  
  
  10.     }     
    11.   
  
  
  
  11.     if (protectionDomain == null) {     
    12.   
  
  
  
  12.         protectionDomain = getDefaultDomain();     
    13.   
  
  
  
  13.     }     
    14.   
  
  
  
  14.     
    15.   
  
  
  
  15.     if (name != null)     
    16.   
  
  
  
  16.         checkCerts(name, protectionDomain.getCodeSource());     
    17.   
  
  
  
  17.     
    18.   
  
  
  
  18.     return protectionDomain;     
    19.   
  
  
  
  19.     } 
    20.

那么，当我们定义如下类Foo，虽然能够通过编译，但是会报java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang异常，因为我们试图将Foo类写入到java.lang包下。

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. package java.lang;     
    2.   
  
  
  
  2.     
    3.   
  
  
  
  3. public class Foo {     
    4.   
  
  
  
  4.          
    5.   
  
  
  
  5.     public static void main(String args[]) throws Exception {     
    6.   
  
  
  
  6.         Foo f = new Foo();     
    7.   
  
  
  
  7.         System.out.println(f.toString());     
    8.   
  
  
  
  8.     }     
    9.   
  
  
  
  9. }   
    10.

3. 定制ClassLoader

Java自带的ClassLoader类的定义为：

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public abstract class ClassLoader{      
    2.   
  
  
  
  2. } 
    3.

启动类加载器是JVM通过调用ClassLoader.loadClass()方法。

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public Class  loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {     
    2.   
  
  
  
  2.     return loadClass(name, false);     
    3.   
  
  
  
  3.     }     
    4.   
  
  
  
  4.     
    5.   
  
  
  
  5. protected synchronized Class  loadClass(String name, boolean resolve)     
    6.   
  
  
  
  6.     throws ClassNotFoundException     
    7.   
  
  
  
  7.     {     
    8.   
  
  
  
  8.     // First, check if the class has already been loaded     
    9.   
  
  
  
  9.     Class c = findLoadedClass(name);     
    10.   
  
  
  
  10.     if (c == null) {     
    11.   
  
  
  
  11.         try {     
    12.   
  
  
  
  12.         if (parent != null) {     
    13.   
  
  
  
  13.             c = parent.loadClass(name, false);     
    14.   
  
  
  
  14.         } else {     
    15.   
  
  
  
  15.             c = findBootstrapClass0(name);     
    16.   
  
  
  
  16.         }     
    17.   
  
  
  
  17.         } catch (ClassNotFoundException e) {     
    18.   
  
  
  
  18.             // If still not found, then invoke findClass in order     
    19.   
  
  
  
  19.             // to find the class.     
    20.   
  
  
  
  20.             c = findClass(name);     
    21.   
  
  
  
  21.         }     
    22.   
  
  
  
  22.     }     
    23.   
  
  
  
  23.     if (resolve) {     
    24.   
  
  
  
  24.         resolveClass(c);     
    25.   
  
  
  
  25.     }     
    26.   
  
  
  
  26.     return c;     
    27.   
  
  
  
  27.     }     
    28.   
  
  
  
  28.     
    29.   
  
  
  
  29. protected Class  findClass(String name) throws ClassNotFoundException {     
    30.   
  
  
  
  30.     throw new ClassNotFoundException(name);     
    31.   
  
  
  
  31.     }    
    32.

loadClass(String name, boolean resolve)方法中的resolve如果为true,表示分析这个Class对象，包括检查Class Loader是否已经初始化等。loadClass(String name) 在加载类之后不会对该类进行初始化，直到***次使用该类时，才会对该类进行初始化。

那么，我们在定制ClassLoader的时候，通常只需要覆写findClass(String name)方法。在findClass(String name)方法内，我们可以通过文件、网络(URL)等形式获取字节码。以下为获取字节码的方法:

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public InputStream getResourceAsStream(String name);     
    2.   
  
  
  
  2. public URL getResource(String name);     
    3.   
  
  
  
  3. public InputStream getResourceAsStream(String name);     
    4.   
  
  
  
  4. public Enumeration  getResources(String name)  throws IOException;    
    5.

在取得字节码后，需要调用defineClass()方法将字节数组转换成Class对象，该方法签名如下：

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. protected final Class  defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,     
    2.   
  
  
  
  2.                      ProtectionDomain protectionDomain)     
    3.   
  
  
  
  3.     throws ClassFormatError  
    4.

对于相同的类，JVM最多会载入一次。如果同一个class文件被不同的ClassLoader载入(定义)，那么载入后的两个类是完全不同的。

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class Foo{     
    2.   
  
  
  
  2.     //     
    3.   
  
  
  
  3.     private static final AtomicInteger COUNTER = new AtomicInteger(0);     
    4.   
  
  
  
  4.     
    5.   
  
  
  
  5.     public Foo() {     
    6.   
  
  
  
  6.         System.out.println("counter: " + COUNTER.incrementAndGet());     
    7.   
  
  
  
  7.     }     
    8.   
  
  
  
  8.          
    9.   
  
  
  
  9.     public static void main(String args[]) throws Exception {     
    10.   
  
  
  
  10.         URL urls[] = new URL[]{new URL("file:/c:/")};     
    11.   
  
  
  
  11.         URLClassLoader ucl1 = new URLClassLoader(urls);     
    12.   
  
  
  
  12.         URLClassLoader ucl2 = new URLClassLoader(urls);     
    13.   
  
  
  
  13.         Class  c1 = ucl1.loadClass("Foo");     
    14.   
  
  
  
  14.         Class  c2 = ucl2.loadClass("Foo");     
    15.   
  
  
  
  15.         System.out.println(c1 == c2);     
    16.   
  
  
  
  16.         c1.newInstance();     
    17.   
  
  
  
  17.         c2.newInstance();     
    18.   
  
  
  
  18.     }     
    19.   
  
  
  
  19. }   
    20.

以上程序需要保证Foo.class文件不在classpath路径下。从而使AppClassLoader无法加载Foo.class。

输出结果：

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. false    
    2.   
  
  
  
  2. counter: 1    
    3.   
  
  
  
  3. counter: 1 
    4.

4. Web应用的ClassLoader

绝大多数的EJB容器，Servlet容器等都会提供定制的ClassLoader，来实现特定的功能。但是通常情况下，所有的servlet和filter使用一个ClassLoader。每个jsp都使用一个独立的ClassLoader。

5. 隐式(implicit)和显示(explicit)的加载

隐式加载：我们使用new关键字实例化一个类，就是隐身的加载了类。

显示加载分为两种：

java.lang.Class的forName()方法;

java.lang.ClassLoader的loadClass()方法。

Class.forName()方法有两个重载的版本：

Java代码

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static Class  forName(String className)      
    2.   
  
  
  
  2.                 throws ClassNotFoundException {     
    3.   
  
  
  
  3.         return forName0(className, true, ClassLoader.getCallerClassLoader());     
    4.   
  
  
  
  4.     }     
    5.   
  
  
  
  5.     
    6.   
  
  
  
  6. public static Class  forName(String name, boolean initialize,     
    7.   
  
  
  
  7.                    ClassLoader loader)     
    8.   
  
  
  
  8.         throws ClassNotFoundException   
    9.

可以看出，forName(String className)默认以true和ClassLoader.getCallerClassLoader()调用了三参数的重载方法。ClassLoader.getCallerClassLoader()表示以caller class loader加载类，并会初始化类(即静态变量会被初始化，静态初始化块中的代码也会被执行)。如果以false和ClassLoader.getCallerClassLoader()调用三参数的重载方法，表示加载后的类不会被初始化。

ClassLoader.loadClass()方法在类加载后，也同样不会初始化类。

6. 两个异常(exception)

NoClassDefFoundError: 当java源文件已编译成.class文件,但是ClassLoader在运行期间搜寻路径load某个类时,没有找到.class文件则抛出这个异常。

ClassNotFoundException: 试图通过一个String变量来创建一个Class类时不成功则抛出这个异常

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