专栏名称: Carson_Ho
走在产品路上的Android研究生
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（JVM）Java虚拟机：（双亲委派模型）类加载器全解析

Carson_Ho  · 掘金  · android  · 2018-11-19 01:14

正文

前言

  • 了解 类加载器 有利用在类初始化时进行一些功能操作
  • 本文全面讲解类加载器，希望你们会喜欢。

在接下来的日子，我会推出一系列讲解 JVM 的文章，具体如下；感兴趣可持续关注 Carson_Ho的安卓开发笔记

示意图

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1. 作用

  1. 实现类加载的功能
  2. 确定被加载类 在 Java 虚拟机中 的 唯一性

下面我会进行详细讲解。

1.1 实现类加载的功能

即实现 类加载过程中“加载”环节里 “通过类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流” 的功能

具体请看我写的文章： （JVM）Java虚拟机：类加载的5个过程

1.2 确立 被加载类 在 Java 虚拟机中 的 唯一性

  • 确定 两个类是否 相等 的依据： 是否由同一个类加载器加载
    1. 若 由同一个类加载器 加载，则这两个类相等；
    2. 若 由不同的类加载器 加载，则这两个类不相等。

即使两个类来源于同一个 Class 文件、被同一个虚拟机加载，这两个类都不相等

  • 在实际使用中，是通过下面方法的返回结果（ Boolean 值）进行判断：
    1. Class 对象的 equals() 方法
    2. Class 对象的 isAssignableFrom() 方法
    3. Class 对象的 isInstance() 方法

当然也会使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况

  • 实例说明
    下面我将举个例子来说明： 
public class Test { 

    // 自定义一个类加载器：myLoader
    // 作用：可加载与自己在同一路径下的Class文件
    static ClassLoader myLoader = new ClassLoader() { 
        @Override 
        public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
 
            if (!name.equals("com.carson.Test")) 
                return super.loadClass(name); 
 
            try { 
                String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) 
                        + ".class"; 
 
                InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName); 
                if (is == null) { 
                    return super.loadClass(fileName); 
                } 
                byte[] b = new byte[is.available()]; 
                is.read(b); 
                return defineClass(name, b, 0, b.length); 
 
            } catch (IOException e) { 
                throw new ClassNotFoundException(name); 
            } 
        } 
    }; 
 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
 
        Object obj = myLoader.loadClass("com.carson.Test"); 
        // 1. 使用该自定义类加载器加载一个名为com.carson.Test的类
        // 2. 实例化该对象

        System.out.println(obj); 
        // 输出该对象的类 ->>第一行结果分析

        System.out.println(obj instanceof com.carson.Test); 
        // 判断该对象是否属于com.carson.Test类 ->>第二行结果分析

    } 
 
}

<-- 输出结果 -->
class com.carson.Test 
false

// 第一行结果分析
// obj对象确实是com.carson.Test类实例化出来的对象

// 第二行结果分析
// obj对象与类com.huachao.Test做所属类型检查时却返回了false
// 原因：虚拟机中存在了两个Test类（1 & 2）：1是由系统应用程序类加载器加载的，2是由我们自定义的类加载器加载
// 虽然都是来自同一个class文件，但由于由不同类加载器加载，所以依然是两个独立的类
// 做对象所属类型检查结果自然为false。

2. 类加载器的类型

  • 类加载器的类型数量分别从 Java 虚拟机 & Java 开发者的角度来看，如下图
示意图
  • 下面主要讲解从 Java 开发者角度看的类加载器，即讲解：
    1. 启动类加载器
    2. 扩展类加载器
    3. 应用程序类加载器

2.1 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

  • 作用
    负责加载以下类：
    1. 存放在 <JAVA_HOME>\lib 目录中的类
    2. 被 -Xbootclasspath 参数所指定路径中、并且是被虚拟机识别的类库

仅按文件名识别，如： rt.jar ，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载

  • 特别注意
    1. 启动类加载器 无法 被 Java 程序直接引用
    2. 用户在编写自定义类加载器时，若需把 加载请求 委派 给 引导类加载器，直接使用 null 代替即可，如 java.lang.ClassLoader.getClassLoader() 方法所示： 
@CallerSensitive 
public ClassLoader getClassLoader() { 
    ClassLoader cl = getClassLoader0(); 
    if (cl == null) 
        return null; 
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); 
    if (sm != null) { 
        ClassLoader.checkClassLoaderPermission(cl, Reflection.getCallerClass()); 
    } 
    return cl; 
}

2.2 扩展类加载器（Extension ClassLoader）

  • 作用： 负责加载以下类：

    1. <JAVA_HOME>\lib\ext 目录中的类库
    2. 被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中的所有类库

  • 特别注意

    1. 由 sum.misc.Launcher$ExtClassLoader 类实现
    2. 开发者可以直接使用扩展类加载器

2.3 应用程序类加载器（Application ClassLoader）

  • 作用：
    负责加载 用户类路径（ ClassPath ）上所指定的类库

  • 特别注意

    1. 也称为系统类加载器，因为该类加载器是 ClassLoader 中的 getSystemClassLoader() 方法的返回值
    2. 由 sum.misc.Launcher$AppClassLoader 类实现
    3. 开发者可以直接使用该类加载器
    4. 若开发者 没 自定义类加载器，程序默认使用该类加载器
  • 各种类加载器的使用并不是孤立的，而是相互配合使用
  • 在 Java 虚拟机中，各种类加载器 配合使用 的 模型（关系）是 双亲委派模型

下面我将详细讲解。

3. 双亲委派模型

3.1 模型说明

示意图

3.2 工作流程讲解

  • 双亲委派模型的工作流程代码实现在 java.lang.ClassLoader的loadClass() 中
  • 具体如下 
@Override 
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) 
        throws ClassNotFoundException { 
    Class<?> c = findLoadedClass(name); 

  // 检查需要加载的类是否已经被加载过
    if (c == null) { 
        try { 
             // 若没有加载，则调用父加载器的loadClass()方法
            if (parent != null) { 
                c = parent.loadClass(name, false); 
            }else{ 
                // 若父类加载器为空，则默认使用启动类加载器作为父加载器
                c=findBootstrapClassOrNull(name); 
            } 
        } catch (ClassNotFoundException e) { 
            // 若父类加载器加载失败会抛出ClassNotFoundException， 
            //说明父类加载器无法完成加载请求 
        } 
        if(c==null){ 
            // 在父类加载器无法加载时 
            // 再调用本身的findClass方法进行类加载 
            c=findClass(name); 
        } 
    } 
    if(resolve){ 
        resolveClass(c); 
    } 
    return c; 
}

步骤总结 ：若一个类加载器收到了类加载请求

  1. 把 该类加载请求 委派给 父类加载器 去完成，而不会自己去加载该类

每层的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应传送到顶层的启动类加载器中

  1. 只有当 父类加载器 反馈 自己无法完成该加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会自己去加载

3.3 优点

Java 类随着它的类加载器一起具备了一种带优先级的层次关系

  1. 如：类 java.lang.Object （存放在 rt.jar 中）在加载过程中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终需委派给模型顶端的启动类加载器进行加载，因此 Object 类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。
  2. 若没有使用双亲委派模型（即由各个类加载器自行去加载）、用户编写了一个 java.lang.Object 的类(放在 ClassPath 中），那系统中将出现多个不同的 Object 类，Java体系中最基础的行为就无法保证

在讲完系统的类加载器后，下面我将讲解如何根据需求自定义类加载器。

4. 自定义类加载器

主要是通过继承自ClassLoader类 从而自定义一个类加载器
MyClassLoader.java 

// 继承自ClassLoader类
public class MyClassLoader extends ClassLoader { 
    // 类加载器的名称 
    private String name; 
    // 类存放的路径 
    private String classpath = "E:/"; 
 
    MyClassLoader(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    MyClassLoader(ClassLoader parent, String name) { 
        super(parent); 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override 
    public Class<?> findClass(String name) {  
        byte[] data = loadClassData(name); 
        return this.defineClass(name, data, 0, data.length); 
    } 
 
    public byte[] loadClassData(String name) { 
        try { 
            name = name.replace(".", "//"); 
            System.out.println(name); 
            FileInputStream is = new FileInputStream(new File(classpath + name 
                    + ".class")); 
            byte[] data = new byte[is.available()]; 
            is.read(data); 
            is.close(); 
            return data; 
 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return null; 
    } 
}

下面我将用一个实例来说明如何自定义类加载器 & 使用。

步骤1：自定义类加载器 MyClassLoader
MyClassLoader.java 

// 继承自ClassLoader类
public class MyClassLoader extends ClassLoader { 
    // 类加载器的名称 
    private String name; 
    // 类存放的路径 
    private String classpath = "E:/"; 
 
    MyClassLoader(String name) { 
        this.name = name; 
    } 
 
    MyClassLoader(ClassLoader parent, String name) { 
        super(parent); 
        this.name = name; 
    } 
 
    @Override 
    public Class<?> findClass(String name) {  
        byte[] data = loadClassData(name); 
        return this.defineClass(name, data, 0, data.length); 
    } 
 
    public byte[] loadClassData(String name) { 
        try { 
            name = name.replace(".", "//"); 
            System.out.println(name); 
            FileInputStream is = new FileInputStream(new File(classpath + name 
                    + ".class")); 
            byte[] data = new byte[is.available()]; 
            is.read(data); 
            is.close(); 
            return data; 
 
        } catch (Exception e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return null; 
    } 
}

步骤2：定义待加载的类







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