分析ClassLoader原理

Posted by phantomVK on January 4, 2017

类加载

Java类通过编译生成对应.class文件,JVM根据运行需要,把所需类从.class动态加载到内存并创建实例,ClassLoader负责完成这个加载任务。有了ClassLoader,Java运行时系统不需要知道文件与文件系统的设置。

正是因为Java类必须由某个类加载器装入到内存,我们也可以在运行时才指定类文件。

Java中的三个默认类加载器

除了Bootstrap ClassLoader,其他类装载器都有父装载器(parent class loader),且ExtClassLoader和AppClassLoader均继承ClassLoader类。

  • 引导(Bootstrap)类加载器。由原生代码(C++)编写,不继承自java.lang.ClassLoader。负责加载存储在<JAVA_HOME>/jre/lib目录中的核心Java库。

  • 扩展(Extensions)类加载器。用来在<JAVA_HOME>/jre/lib/extjava.ext.dirs指明的目录中加载 Java扩展库,Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。该类由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现。

  • 应用(Application)类加载器。根据 Java应用程序的类路径(java.class.path或CLASSPATH环境变量)来加载 Java 类。一般来说,Java 应用的类都是由它来完成加载的,可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取。该类由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现

img

通过Bootstrap ClassLoader加载的库

URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (URL url : urls) {
    System.out.println(url.toExternalForm());
}

结果

file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_101.jdk/Contents/Home/jre/classes

ClassLoader类加载

ClassLoader通过双亲委托的方式来搜索类,而双亲委托是一种委派思想。当ClassLoader加载类的时候,ClassLoader会委托其父加载器去完成:

  • Bootstrap ClassLoader尝试加载该类;
  • 加载失败把工作交给ExtClassLoader;
  • ExtClassLoader加载失败把工作交给AppClassLoader;

如果三个默认类加载器都加载失败,工作只能还给发起工作的ClassLoader,由这个加载器自行选择加载类文件系统或URL。如果所有加载器都无法加载这个类,JVM抛出ClassNotFoundException异常。

如果按照这个加载步骤成功,类加载器会把这个类载入内存,初始化并返回实例。

双亲委托

使用双亲委托是为了两个目的:运行安全和避免重复加载。

后者容易理解,类已经被父加载器加载的话,子加载器没有必要再次重复加载;对于前者,有些系统级的类涉及到整个JVM的运行安全,仅能通过Bootstrap ClassLoader加载。如果不使用双亲委托,使用自定义的类来动态替代Java核心定义类型,后续系统将完全处于危险和混乱之中。

ClassLoader层次结构

先编写类加载的代码,其中Man是一个自行定义的普通类

final String dir = "file:/Users/phantomVK/repositories/intelliJ/cl/src";
URLClassLoader loader = new URLClassLoader(new URL[] { new URL(dir) });
Class clazz = loader.loadClass("com.phantomvk.Man");
ClassLoader classLoader = clazz.getClassLoader();

while (classLoader != null) {
    System.out.println(classLoader);
    classLoader = classLoader.getParent();
}

System.out.println(classLoader);

加载Man的类加载器显示结果

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4b67cf4d
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@61bbe9ba
null

加载层次:

  • Man类的类加载器是AppClassLoader
  • AppClassLoader的类加载器是ExtClassLoader
  • ExtClassLoader的类加载器是BootstrapLoader。

BootstrapLoader由C++实现而不是Java,不运行在JVM中。所以ExtClassLoader的类加载器没法显示BootstrapLoader的引用地址,只能显示null。

自定义ClassLoader

自定义ClassLoader比较简单

  • 只需要继承ClassLoader父类;
  • 仅重写Class<?> findClass(String name)方法,查找并返回这个类;
  • 剩余的加载过程由父类完成,无需手动处理。