Java類加載器詳解

Baaaan 發(fā)布于2019-08-16 15:19 / 1266人閱讀

摘要：當一個文件是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸并且可能會進行相應(yīng)的加密操作時，需要先對文件進行相應(yīng)的解密后再加載到內(nèi)存中，這種情況下也需要編寫自定義的并實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯

Java虛擬機中的類加載有三大步驟：，鏈接，初始化．其中加載是指查找字節(jié)流（也就是由Java編譯器生成的class文件）并據(jù)此創(chuàng)建類的過程，這中間我們需要借助類加載器來查找字節(jié)流．

Java虛擬機默認類加載器

Java虛擬機提供了3種類加載器，啟動（Bootstrap）類加載器、擴展（Extension）類加載器、應(yīng)用（Application）類加載器.除了啟動類加載器外，其他的類加載器都是java.lang.ClassLoader的子類．啟動類加載器由C++語言實現(xiàn)，沒有對應(yīng)的Java對象，它負責將 /lib路徑下的核心類庫或-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑下的jar包加載到內(nèi)存中．擴展類加載器是指sun.misc.Launcher$ExtClassLoader類，由Java語言實現(xiàn)，是Launcher的靜態(tài)內(nèi)部類，它負責加載/lib/ext目錄下或者由系統(tǒng)變量-Djava.ext.dir指定位路徑中的類庫，他的父類加載器是null．應(yīng)用類加載器是指sun.misc.Launcher$AppClassLoader類，他負責加載應(yīng)用程序路徑下的類，這里路徑指java -classpath或-D java.class.path 指定的路徑，他的父類加載器是擴展類加載器.

注意這里面的父子類加載器并不是繼承的關(guān)系，只是ClassLoader類中的parent屬性．我們來看Launcher類中創(chuàng)建擴展類加載器的代碼：

public ExtClassLoader(File[] var1) throws IOException {
      super(getExtURLs(var1), (ClassLoader)null, Launcher.factory);
      SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this).initLookupCache(this);
    }

這里設(shè)置了其父加載器為null．

雙親委派機制

Java虛擬機在加載類時默認采用的是雙親委派機制，即當一個類加載器接收到加載請求時，會將請求轉(zhuǎn)發(fā)到父類加載器，如果父類加載器在路徑下沒有找到該類，才會交給子類加載器去加載．我們來看ClassLoader中l(wèi)aodClass方法：

protected Class loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先判斷類是否已加載過，加載過就直接返回
            Class c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        //有父類加載器，調(diào)用父加載器的loadClass
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //調(diào)用Bootstrap Classloader
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //到自己指定類加載路徑下查找是否有class字節(jié)碼
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

通過這種層級我們可以避免類的重復(fù)加載，當父親已經(jīng)加載了該類時，就沒有必要子類加載器再加載一次。其次也考慮到安全因素，比如我們自己寫一個java.lang.String的類，通過雙親委派機制傳遞到啟動類加載器，而啟動類加載器在核心Java API發(fā)現(xiàn)這個名字的類，發(fā)現(xiàn)該類已被加載，并不會重新加載我們新寫的java.lang.String，而直接返回已加載過的String.class，這樣保證生成的對象是同一種類型．

自定義類加載器

除了jvm自身提供的類加載器，我們還可以自定義類加載器，我們先寫一個Person類

public class Person {

  private int age;

  private String name;

  //省略getter/setter方法
}

我們先看他是由哪個類加載器加載的．

public class TestJava {

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Person person = new Person();
    System.out.println("person是由" + person.getClass().getClassLoader() + "加載的");
  }
}

運行結(jié)果如下：

我們把Person.class放置在其他目錄下

再運行會發(fā)生什么，在上面的loadClass方法中其實已經(jīng)有了答案，會拋出ClassNotFoundException，因為在指定路徑下查找不到字節(jié)碼．

我們現(xiàn)在寫一個自定義的類加載器，讓他能夠去加載person類，很簡單，我們只需要繼承ClassLoader并重寫findClass方法，這里面寫查找字節(jié)碼的邏輯．

public class PersonCustomClassLoader extends ClassLoader {

  private String classPath;

  public PersonCustomClassLoader(String classPath) {
    this.classPath = classPath;
  }

  private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
    name = name.replaceAll(".", "/");
    FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
        + ".class");
    int len = fis.available();
    byte[] data = new byte[len];
    fis.read(data);
    fis.close();
    return data;

  }

  protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    try {
      byte[] data = loadByte(name);
      return defineClass(name, data, 0, data.length);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
      throw new ClassNotFoundException();
    }
  }
}

我們來測試一下：

public class TestJava {

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    PersonCustomClassLoader classLoader = new PersonCustomClassLoader("/home/shenxinjian");
    Class pClass = classLoader.loadClass("me.shenxinjian.algorithm.Person");
    System.out.println("person是由" + pClass.getClassLoader() + "類加載器加載的");

  }
}

測試結(jié)果如下：

編寫自定義類加載器的意義

當class文件不在classPath路徑下，如上面那種情況，默認系統(tǒng)類加載器無法找到該class文件，在這種情況下我們需要實現(xiàn)一個自定義的classLoader來加載特定路徑下的class文件來生成class對象。

當一個class文件是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸并且可能會進行相應(yīng)的加密操作時，需要先對class文件進行相應(yīng)的解密后再加載到JVM內(nèi)存中，這種情況下也需要編寫自定義的ClassLoader并實現(xiàn)相應(yīng)的邏輯