一、類加載器
類加載器（classloader），顧名思義，即加載類的東西。在我們使用一個(gè)類之前，jvm需要先將該類的字節(jié)碼文件（.class文件）從磁盤、網(wǎng)絡(luò)或其他來源加載到內(nèi)存中，并對(duì)字節(jié)碼進(jìn)行解析生成對(duì)應(yīng)的class對(duì)象，這就是類加載器的功能。我們可以利用類加載器，實(shí)現(xiàn)類的動(dòng)態(tài)加載。
二、類的加載機(jī)制
在java中，采用雙親委派機(jī)制來實(shí)現(xiàn)類的加載。那什么是雙親委派機(jī)制？在java doc中有這樣一段描述：
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the classloader class uses a delegation model to search for classes and resources. each instance of classloader has an associated parent class loader. when requested to find a class or resource, a classloader instance will delegate the search for the class or resource to its parent class loader before attempting to find the class or resource itself. the virtual machine's built-in class loader, called the "bootstrap class loader", does not itself have a parent but may serve as the parent of a classloader instance. |
從以上描述中，我們可以總結(jié)出如下四點(diǎn)：
1、類的加載過程采用委托模式實(shí)現(xiàn)
2、每個(gè) classloader 都有一個(gè)父加載器。
3、類加載器在加載類之前會(huì)先遞歸的去嘗試使用父加載器加載。
4、虛擬機(jī)有一個(gè)內(nèi)建的啟動(dòng)類加載器（bootstrap classloader），該加載器沒有父加載器，但是可以作為其他加載器的父加載器。
java 提供三種類型的系統(tǒng)類加載器。第一種是啟動(dòng)類加載器，由c++語言實(shí)現(xiàn)，屬于jvm的一部分，其作用是加載 <java_runtime_home>/lib 目錄中的文件，并且該類加載器只加載特定名稱的文件（如 rt.jar），而不是該目錄下所有的文件。另外兩種是 java 語言自身實(shí)現(xiàn)的類加載器，包括擴(kuò)展類加載器（extclassloader）和應(yīng)用類加載器（appclassloader），擴(kuò)展類加載器負(fù)責(zé)加載<java_runtime_home>\lib\ext目錄中或系統(tǒng)變量 java.ext.dirs 所指定的目錄中的文件。應(yīng)用程序類加載器負(fù)責(zé)加載用戶類路徑中的文件。用戶可以直接使用擴(kuò)展類加載器或系統(tǒng)類加載器來加載自己的類，但是用戶無法直接使用啟動(dòng)類加載器，除了這兩種類加載器以外，用戶也可以自定義類加載器，加載流程如下圖所示：
注意：這里父類加載器并不是通過繼承關(guān)系來實(shí)現(xiàn)的，而是采用組合實(shí)現(xiàn)的。
我們可以通過一段程序來驗(yàn)證這個(gè)過程：
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public class test {} public class testmain { public static void main(string[] args) { classloader loader = test.class.getclassloader(); while (loader!=null){ system.out.println(loader); loader = loader.getparent(); } }} |
上面程序的運(yùn)行結(jié)果如下所示:
從結(jié)果我們可以看出，默認(rèn)情況下，用戶自定義的類使用 appclassloader 加載，appclassloader 的父加載器為 extclassloader，但是 extclassloader 的父加載器卻顯示為空，這是什么原因呢？究其緣由，啟動(dòng)類加載器屬于 jvm 的一部分，它不是由 java 語言實(shí)現(xiàn)的，在 java 中無法直接引用，所以才返回空。但如果是這樣，該怎么實(shí)現(xiàn) extclassloader 與 啟動(dòng)類加載器之間雙親委派機(jī)制？我們可以參考一下源碼：
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protected class<?> loadclass(string name, boolean resolve) throws classnotfoundexception { synchronized (getclassloadinglock(name)) { // first, check if the class has already been loaded class<?> c = findloadedclass(name); if (c == null) { long t0 = system.nanotime(); try { if (parent != null) { c = parent.loadclass(name, false); } else { c = findbootstrapclassornull(name); } } catch (classnotfoundexception e) { // classnotfoundexception thrown if class not found // from the non-null parent class loader } if (c == null) { // if still not found, then invoke findclass in order // to find the class. long t1 = system.nanotime(); 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; } } |
從源碼可以看出，extclassloader 和 appclassloader都繼承自 classloader 類，classloader 類中通過 loadclass 方法來實(shí)現(xiàn)雙親委派機(jī)制。整個(gè)類的加載過程可分為如下三步：
1、查找對(duì)應(yīng)的類是否已經(jīng)加載。
2、若未加載，則判斷當(dāng)前類加載器的父加載器是否為空，不為空則委托給父類去加載，否則調(diào)用啟動(dòng)類加載器加載（findbootstrapclassornull 再往下會(huì)調(diào)用一個(gè) native 方法）。
3、若第二步加載失敗，則調(diào)用當(dāng)前類加載器加載。
通過上面這段程序，可以很清楚的看出擴(kuò)展類加載器與啟動(dòng)類加載器之間是如何實(shí)現(xiàn)委托模式的。
現(xiàn)在，我們?cè)衮?yàn)證另一個(gè)問題。我們將剛才的test類打成jar包，將其放置在 <java_runtime_home>\lib\ext 目錄下，然后再次運(yùn)行上面的代碼，結(jié)果如下：
現(xiàn)在，該類就不再通過 appclassloader 來加載，而是通過 extclassloader 來加載了。如果我們?cè)噲D把jar包拷貝到<java_runtime_home>\lib，嘗試通過啟動(dòng)類加載器加載該類時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)編譯器無法識(shí)別該類，因?yàn)閱?dòng)類加載器除了指定目錄外，還必須是特定名稱的文件才能加載。
三、自定義類加載器
通常情況下，我們都是直接使用系統(tǒng)類加載器。但是，有的時(shí)候，我們也需要自定義類加載器。比如應(yīng)用是通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸 java 類的字節(jié)碼，為保證安全性，這些字節(jié)碼經(jīng)過了加密處理，這時(shí)系統(tǒng)類加載器就無法對(duì)其進(jìn)行加載，這樣則需要自定義類加載器來實(shí)現(xiàn)。自定義類加載器一般都是繼承自 classloader 類，從上面對(duì) loadclass 方法來分析來看，我們只需要重寫 findclass 方法即可。下面我們通過一個(gè)示例來演示自定義類加載器的流程：
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package com.paddx.test.classloading; import java.io.*; /** * created by liuxp on 16/3/12. */public class myclassloader extends classloader { private string root; protected class<?> findclass(string name) throws classnotfoundexception { byte[] classdata = loadclassdata(name); if (classdata == null) { throw new classnotfoundexception(); } else { return defineclass(name, classdata, 0, classdata.length); } } private byte[] loadclassdata(string classname) { string filename = root + file.separatorchar + classname.replace('.', file.separatorchar) + ".class"; try { inputstream ins = new fileinputstream(filename); bytearrayoutputstream baos = new bytearrayoutputstream(); int buffersize = 1024; byte[] buffer = new byte[buffersize]; int length = 0; while ((length = ins.read(buffer)) != -1) { baos.write(buffer, 0, length); } return baos.tobytearray(); } catch (ioexception e) { e.printstacktrace(); } return null; } public string getroot() { return root; } public void setroot(string root) { this.root = root; } public static void main(string[] args) { myclassloader classloader = new myclassloader(); classloader.setroot("/users/liuxp/tmp"); class<?> testclass = null; try { testclass = classloader.loadclass("com.paddx.test.classloading.test"); object object = testclass.newinstance(); system.out.println(object.getclass().getclassloader()); } catch (classnotfoundexception e) { e.printstacktrace(); } catch (instantiationexception e) { e.printstacktrace(); } catch (illegalaccessexception e) { e.printstacktrace(); } }} |
運(yùn)行上面的程序，輸出結(jié)果如下：
自定義類加載器的核心在于對(duì)字節(jié)碼文件的獲取，如果是加密的字節(jié)碼則需要在該類中對(duì)文件進(jìn)行解密。由于這里只是演示，我并未對(duì)class文件進(jìn)行加密，因此沒有解密的過程。這里有幾點(diǎn)需要注意：
1、這里傳遞的文件名需要是類的全限定性名稱，即com.paddx.test.classloading.test格式的，因?yàn)?defineclass 方法是按這種格式進(jìn)行處理的。
2、最好不要重寫loadclass方法，因?yàn)檫@樣容易破壞雙親委托模式。
3、這類 test 類本身可以被 appclassloader 類加載，因此我們不能把 com/paddx/test/classloading/test.class 放在類路徑下。否則，由于雙親委托機(jī)制的存在，會(huì)直接導(dǎo)致該類由 appclassloader 加載，而不會(huì)通過我們自定義類加載器來加載。
四、總結(jié)
雙親委派機(jī)制能很好地解決類加載的統(tǒng)一性問題。對(duì)一個(gè) class 對(duì)象來說，如果類加載器不同，即便是同一個(gè)字節(jié)碼文件，生成的 class 對(duì)象也是不等的。也就是說，類加載器相當(dāng)于 class 對(duì)象的一個(gè)命名空間。雙親委派機(jī)制則保證了基類都由相同的類加載器加載，這樣就避免了同一個(gè)字節(jié)碼文件被多次加載生成不同的 class 對(duì)象的問題。但雙親委派機(jī)制僅僅是java 規(guī)范所推薦的一種實(shí)現(xiàn)方式，它并不是強(qiáng)制性的要求。近年來，很多熱部署的技術(shù)都已不遵循這一規(guī)則，如 osgi 技術(shù)就采用了一種網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，而非雙親委派機(jī)制。
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