了解JAVA classloader

(1)ClassLoader基本概念  

与C或C++编写的程序不同,Java程序并不是一个可执行文件,而是由许多独立的类文件组成的,每一个文件对应一个Java类。

此外,这些类文件并非全部装入内存,而是根据程序需要逐渐载入。

ClassLoader是JVM实现的一部分,ClassLoader包括bootstrapclassloader(启动类加载器),ClassLoader在JVM运行的时候加载Java核心的API,以满足Java程序最基本的需求,其中就包括用户定义的ClassLoader。

这里所谓的用户定义,是指通过Java程序实现的两个ClassLoader:一个是ExtClassLoader,它的作用是用来加载Java的扩展API,也就是/lib/ext中的类;第二个是AppClassLoader,它是用来加载用户机器上 CLASSPATH设置目录中的Class的,通常在没有指定ClassLoader的情况下,程序员自定义的类就由该ClassLoader进行加载。

(2)ClassLoader加载流程  

 当运行一个程序的时候,JVM启动,运行bootstrapclassloader,该ClassLoader加载Java核心API(ExtClassLoader和AppClassLoader也在此时被加载),然后调用ExtClassLoader加载扩展API,最后AppClassLoader加载CLASSPATH目录下定义的Class,这就是一个程序最基本的加载流程。  

 

下面来看一下ClassLoader中的一段代码:   

    protected synchronized ClassloadClass(Stringname, booleanresolve) throws ClassNotFoundException {
   //首先检查该name指定的class是否有被加载   
        Classc = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            try {
                if (parent != null) { //如果parent不为null,则调用parent的loadClass进行加载  
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else { //parent为null,则调用BootstrapClassLoader进行加载   
                    c = findBootstrapClass0(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundExceptione) { //如果仍然无法加载成功,则调用自身的findClass进行加载  
                
                c = findClass(name);
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        returnc;
    }
 

从上面一段代码中可以看出,一个类加载的过程使用了一种父类委托模式。

为什么要使用这种父类委托模式呢?

  第1个原因就是这样可以避免重复加载,当父类已经加载了该类的时候,就没有必要子ClassLoader再加载一次。

  第2个原因就是考虑到安全因素,如果不使用这种委托模式,那么可以随时使用自定义的String来动态替代Java核心API中定义的类型,这样会存在非常大的安全隐患,而父类委托的方式就可以避免这种情况,因为String已经在启动时被加载,所以,用户自定义类是无法加载一个自定义的ClassLoader。   

(3)一些重要的方法  

 1)loadClass方法。

  ClassLoader.loadClass()是ClassLoader的入口点。

该方法的定义如下:
  ClassloadClass(Stringname,booleanresolve); 

  name是指JVM需要的类的名称,如Foo或java.lang.Object。resolve参数告诉方法是否需要解析类。在准备执行类之前,应考虑类解析。注意:并不总是需要解析,如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类,那么就不需要解析。  

 2)defineClass方法。

  defineClass方法接受由原始字节组成的数组,并把它转换成Class对象。原始数组包含如从文件系统或网络装入的数据。defineClass管理JVM的许多复杂的实现层面——它把字节码分析成运行时数据结构、校验有效性等。因为defineClass方法被标记成final的,所以也不能覆盖它。

  3)findSystemClass方法。  

 findSystemClass方法从本地文件系统装入文件。它在本地文件系统中寻找类文件,如果存在,就使用defineClass将原始字节转换成Class对象,以将该文件转换成类。当运行Java应用程序时,这是JVM正常装入类的默认机制。对于定制的ClassLoader,只有在尝试其他方法装入类之后,再使用findSystemClass。这是因为ClassLoader是负责执行装入类的相关步骤,不负责所有类的所有信息。例如,即使ClassLoader从远程的Web站点装入了某些类,仍然需要在本地机器上装入大量的基本Java库。而这些类库不是我们所关心的,所以要JVM以默认方式从本地文件系统装入它们,这就是findSystemClass的用途。    

4)resolveClass方法。   

正如前面所提到的,可以不完全地(不带解析)装入类,也可以完全地(带解析)装入类。当编写我们自己的loadClass时,可以调用resolveClass,这取决于loadClass的resolve参数的值。    5)findLoadedClass方法。   

findLoadedClass充当一个缓存:当请求loadClass装入类时,它调用该方法来查看ClassLoader是否已装入这个类,这样可以避免重新装入已存在类所造成的麻烦。  

 6)findClass方法。   

loadClass默认实现调用这个新方法。findClass的用途包含ClassLoader的所有特殊代码,而无须复制其他代码(例如,当专门的方法失败时,调用系统ClassLoader)。

  目的是从本地文件系统使用实现的类装载器装载一个类。为了创建自己的类装载器,应该扩展ClassLoader类,这是一个抽象类。可以创建一个FileClassLoaderextendsClassLoader,然后覆盖ClassLoader中的findClass(Stringname)方法,这个方法通过类的名字得到一个Class对象。   

  public Class findClass(Stringname)   {  
    byte[]data=loadClassData(name);   
     returndefineClass(name,data,0,data.length);   
}  

 7)getSystemClassLoader方法。  

 如果覆盖findClass或loadClass,getSystemClassLoader能以实际的ClassLoader对象来访问系统ClassLoader(而不是固定地从findSystemClass调用它)。为了将类请求委托给父类ClassLoader,这个新方法允许ClassLoader获取它的父类ClassLoader。当使用特殊方法,定制的ClassLoader不能找到类时,可以使用这种方法。

  父类ClassLoader被定义成创建该ClassLoader所包含代码的对象的ClassLoader。   

8)forName方法。

  Class类中有一个静态方法forName,这个方法和ClassLoader中的loadClass方法的目的一样,都是用来加载class的,但是两者在作用上却有所区别。  

 Classclazz=Class.forName("something");     
  或者  

   ClassLoadercl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
  Classclazz=cl.loadClass("something");  

 Class.forName()调用Class.forName(name,initialize,loader); 也就是Class.forName(““something””);

等同于Class.forName(““something”“,true,CALLCLASS.class.getClassLoader());    第二个参数“true”是用于设置加载类的时候是否连接该类,true就连接,否则就不连接。

关于连接,在此解释一下,在JVM加载类的时候,需要经过三个步骤:装载、连接、初始化。装载就是找到相应的class文件,读入JVM;初始化就是class文件初始化。

这里详述一下连接,连接分三步。

    第一步是验证class是否符合规格。  

  第二步是准备,就是为类变量分配内存的同时设置默认初始值。  

  第三步就是解释,而这步是可选的,根据上面loadClass方法的第二个参数来判定是否需要解释,这里的解释是指根据类中的符号引用查找相应的实体,再把符号引用替换成一个直接引用的过程。  

 在JavaAPI文档中,loadClass方法的定义是protected,也就是说,该方法是被保护的,而用户使用的方法是一个参数,一个参数的loadClass方法实际上就是调用了两个参数,第二个参数默认为false。因此,在这里可以看出通过loadClass加载类实际上就是加载的时候并不对该类进行解释,因此不会初始化该类。而Class类的forName方法则相反,使用forName加载的时候就会将Class进行解释和初始化。