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2016最新java classloader詳解
Classloader 類加載器，用來加載Java類到 Java 虛擬機(jī)中的一種加載器。那么Classloader 類有什么原理呢?下面跟yjbys小編一起來學(xué)習(xí)一下!
JAVA啟動(dòng)后，是經(jīng)過JVM各級(jí)ClassLoader來加載各個(gè)類到內(nèi)存。為了更加了解加載過程，我通過分析和寫了一個(gè)簡單的ClassLoader來粗淺的分析它的原理。
JVM的ClassLoader分三層，分別為Bootstrap ClassLoader，Extension ClassLoader，System ClassLoader，他們不是類繼承的父子關(guān)系，是邏輯上的上下級(jí)關(guān)系。
Bootstrap ClassLoader是啟動(dòng)類加載器，它是用C++編寫的，從%jre%/lib目錄中加載類，或者運(yùn)行時(shí)用-Xbootclasspath指定目錄來加載。
Extension ClassLoader是擴(kuò)展類加載器，從%jre%/lib/ext目錄加載類，或者運(yùn)行時(shí)用-Djava.ext.dirs制定目錄來加載。
System ClassLoader，系統(tǒng)類加載器，它會(huì)從系統(tǒng)環(huán)境變量配置的classpath來查找路徑，環(huán)境變量里的.表示當(dāng)前目錄，是通過運(yùn)行時(shí)-classpath或-Djava.class.path指定的目錄來加載類。
一般自定義的Class Loader可以從java.lang.ClassLoader繼承，不同classloader加載相同的類，他們?cè)趦?nèi)存也不是相等的，即它們不能互相轉(zhuǎn)換，會(huì)直接拋異常。java.lang.ClassLoader的核心加載方法是loadClass方法，如：
protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// First, check if the class has already been loaded
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClass0(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
通過上面加載過程，我們能知道JVM默認(rèn)是雙親委托加載機(jī)制，即首先判斷緩存是否有已加載的類，如果緩存沒有，但存在父加載器，則讓父加載器加載，如果不存在父加載器，則讓Bootstrap ClassLoader去加載，如果父類加載失敗，則調(diào)用本地的findClass方法去加載。
可以通過下面三條語句，輸入現(xiàn)在加載的各個(gè)classloader的加載路徑：
System.out.println("sun.boot.class.path:" + System.getProperty("sun.boot.class.path"));
System.out.println("java.ext.dirs:" + System.getProperty("java.ext.dirs"));
System.out.println("java.class.path:" +System.getProperty("java.class.path"));
ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();//ClassLoader.getSystemClassLoader()
System.out.println("getContextClassLoader:" +cl.toString());
System.out.println("getContextClassLoader.parent:" +cl.getParent().toString());
System.out.println("getContextClassLoader.parent2:" +cl.getParent().getParent());
輸出結(jié)果為：
sun.boot.class.path:C:\Program Files\Java\jre7\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jre7\lib\rt.jar;C:\Program Files\Java\jre7\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jre7\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jre7\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jre7\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jre7\classes
java.ext.dirs:C:\Program Files\Java\jre7\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
java.class.path:E:\MyProjects\workspace\TestConsole\bin
getContextClassLoader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19dbc3b
getContextClassLoader.parent:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@b103dd
getContextClassLoader.parent2:null
從上面的運(yùn)行結(jié)果可以看出邏輯上的層級(jí)繼承關(guān)系。雙親委托機(jī)制的作用是防止系統(tǒng)jar包被本地替換，因?yàn)椴檎曳椒ㄟ^程都是從最底層開始查找。 因此，一般我們自定義的classloader都需要采用這種機(jī)制，我們只需要繼承java.lang.ClassLoader實(shí)現(xiàn)findclass即可，如果需要更多控制，自定義的classloader就需要重寫loadClass方法了，比如tomcat的加載過程，這個(gè)比較復(fù)雜，可以通過其他文檔資料查看相關(guān)介紹。
各個(gè)ClassLoader加載相同的類后，他們是不互等的，這個(gè)當(dāng)涉及多個(gè)ClassLoader，并且有通過當(dāng)前線程上線文獲取ClassLoader后轉(zhuǎn)換特別需要注意，可以通過線程的setContextClassLoader設(shè)置一個(gè)ClassLoader線程上下文，然后再通過Thread.currentThread().getContextClassLoader()獲取當(dāng)前線程保存的Classloader。但是自定義的類文件，放到Bootstrap ClassLoader加載目錄，是不會(huì)被Bootstrap ClassLoader加載的，因?yàn)樽鳛閱?dòng)類加載器，它不會(huì)加載自己不熟悉的jar包的，并且類文件必須打包成jar包放到加載器加載的根目錄，才可能被擴(kuò)展類加載器所加載。
下面我自定義一個(gè)簡單的classloader：
public class TestClassLoader extends ClassLoader {
//定義文件所在目錄
private static final String DEAFAULTDIR="E:\\MyProjects\\workspace\\TestConsole\\bin\\";
public Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] b = null;
try {
b = loadClassData(GetClassName(name));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return defineClass(name, b, 0, b.length);
}
@Override
protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
if(name.startsWith("java.")){try {
return super.loadClass(name, false);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
byte[] b = null;
try {
b = loadClassData(GetClassName(name));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return defineClass(name, b, 0, b.length);
}
private byte[] loadClassData(String filepath) throws Exception {
int n =0;
BufferedInputStream br = new BufferedInputStream(
new FileInputStream(
new File(filepath)));
ByteArrayOutputStream bos= new ByteArrayOutputStream();
while((n=br.read())!=-1){
bos.write(n);
}
br.close();
return bos.toByteArray();
}
public static String GetClassName(String name){
return DEAFAULTDIR+name.replace('.','/')+".class";
}
}
這個(gè)自定義的ClassLoader重寫了loadclass方法，但不用默認(rèn)的雙親委托，比如java.lang包下面的都無法解析，這里我簡單的判斷如果是java.開始的包則用父類去解析，能簡單的滿足雙親委托機(jī)制，但是其他相關(guān)非系統(tǒng)類加載也沒有用父類加載了。
測(cè)試代碼如：
TestClassLoader liuloader = new TestClassLoader();
Myrunner runner = new Myrunner();
runner.setContextClassLoader(liuloader);
runner.start();
Myrunner是我自定義繼承自Thread的線程，通過設(shè)置線程上下文的classloader后，線程內(nèi)部測(cè)試代碼如：
ClassLoader cl1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(cl1);
它將會(huì)輸出：
com.liu.ClassLoader.TestClassLoader@347cdb，說明已經(jīng)為當(dāng)前線程上下文設(shè)置了自定義的Classloader了，如果這個(gè)線程內(nèi)部通過這個(gè)classloader加載一個(gè)類，再轉(zhuǎn)換成當(dāng)前的類，如代碼：
Class c = cl1.loadClass("com.liu.ClassLoader.TestLoader2"); TestLoader2 tloader = (TestLoader2)c.newInstance();
則為拋java.lang.ClassCastException異常: com.liu.ClassLoader.TestLoader2 cannot be cast to com.liu.ClassLoader.TestLoader2。
因?yàn)閏l1當(dāng)前是 TestClassLoader加載的，而這個(gè)TestLoader2的類還是默認(rèn)由AppClassLoader加載，因此它們不能隱式轉(zhuǎn)換，Classloader加載相同的類，內(nèi)存認(rèn)為它們是沒有關(guān)系的對(duì)象。
如果把我自定義的TestClassLoader里的LoadClass方法去掉，則采用了雙親委托機(jī)制，這樣我們除了指定的類以外，其他都會(huì)優(yōu)先用父類來加載。這樣可以解決剛才的java.lang.ClassCastException異常問題，為加載的對(duì)象建立一個(gè)抽象父類，自定義的Classloader負(fù)責(zé)加載子類，父類統(tǒng)一交給AppClassLoader或父加載器來加載，這樣線程內(nèi)部可以使用類試：
Class c = cl1.loadClass("com.liu.ClassLoader.TestLoader2");
BaseTest tloader = (BaseTest)c.newInstance();
BaseTest是TestLoader2的父類，因?yàn)锽aseTest都是AppClassLoader或父加載器加載的，因此可以達(dá)到成功隱式轉(zhuǎn)換的目的。
對(duì)于Tomcat等幾個(gè)處理的Classloader都是自定義并重寫了loadclass方法，內(nèi)部會(huì)更復(fù)雜處理。
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