如何理解Java常見(jiàn)知識(shí)點(diǎn)中的classloader

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一. 什么是classLoader

當(dāng)我們寫(xiě)好一個(gè)Java程序之后，都是由若干個(gè).class文件組織而成的一個(gè)完整的Java應(yīng)用程序，當(dāng)程序在運(yùn)行時(shí)，即會(huì)調(diào)用該程序的一個(gè)入口函數(shù)來(lái)調(diào)用系統(tǒng)的相關(guān)功能，而這些功能都被封裝在不同的class文件當(dāng)中，所以經(jīng)常要從這個(gè)class文件中要調(diào)用另外一個(gè)class文件中的方法，如果另外一個(gè)文件不存在的，則會(huì)引發(fā)系統(tǒng)異常。而程序在啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì)一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據(jù)程序的需要，通過(guò)Java的類(lèi)加載機(jī)制（ClassLoader）來(lái)動(dòng)態(tài)加載某個(gè)class文件到內(nèi)存當(dāng)中的，從而只有class文件被載入到了內(nèi)存之后，才能被其它c(diǎn)lass所引用。所以ClassLoader就是用來(lái)動(dòng)態(tài)加載class文件到內(nèi)存當(dāng)中用的。

二. Java中默認(rèn)提供的三個(gè)ClassLoader

BootStrap ClassLoader：稱(chēng)為啟動(dòng)類(lèi)加載器，是Java類(lèi)加載層次中最頂層的類(lèi)加載器，負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類(lèi)庫(kù)，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等
Extension ClassLoader：稱(chēng)為擴(kuò)展類(lèi)加載器，負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類(lèi)庫(kù)，默認(rèn)加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
App ClassLoader：稱(chēng)為系統(tǒng)類(lèi)加載器，負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序classpath目錄下的所有jar和class文件。

除了Java默認(rèn)提供的三個(gè)ClassLoader之外，用戶(hù)還可以根據(jù)需要定義自已的ClassLoader，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類(lèi)，也包括Java提供的另外二個(gè)ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在內(nèi)，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因?yàn)樗皇且粋€(gè)普通的Java類(lèi)，底層由C++編寫(xiě)，已嵌入到了JVM內(nèi)核當(dāng)中，當(dāng)JVM啟動(dòng)后，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動(dòng)，負(fù)責(zé)加載完核心類(lèi)庫(kù)后，并構(gòu)造Extension ClassLoader和App ClassLoader類(lèi)加載器。

三. ClassLoader原理

ClassLoader使用的是雙親委托模型來(lái)搜索類(lèi)的，每個(gè)ClassLoader實(shí)例都有一個(gè)父類(lèi)加載器的引用（不是繼承的關(guān)系，是一個(gè)包含的關(guān)系），虛擬機(jī)內(nèi)置的類(lèi)加載器（Bootstrap ClassLoader）本身沒(méi)有父類(lèi)加載器，但可以用作其它ClassLoader實(shí)例的的父類(lèi)加載器。當(dāng)一個(gè)ClassLoader實(shí)例需要加載某個(gè)類(lèi)時(shí)，它會(huì)試圖親自搜索某個(gè)類(lèi)之前，先把這個(gè)任務(wù)委托給它的父類(lèi)加載器，這個(gè)過(guò)程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類(lèi)加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載，如果沒(méi)加載到，則把任務(wù)轉(zhuǎn)交給Extension ClassLoader試圖加載，如果也沒(méi)加載到，則轉(zhuǎn)交給App ClassLoader 進(jìn)行加載，如果它也沒(méi)有加載得到的話(huà)，則返回給委托的發(fā)起者，由它到指定的文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)等URL中加載該類(lèi)。如果它們都沒(méi)有加載到這個(gè)類(lèi)時(shí)，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個(gè)找到的類(lèi)生成一個(gè)類(lèi)的定義，并將它加載到內(nèi)存當(dāng)中，最后返回這個(gè)類(lèi)在內(nèi)存中的Class實(shí)例對(duì)象。

為什么要使用雙親委托模型？

因?yàn)檫@樣可以避免重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類(lèi)的時(shí)候，就沒(méi)有必要子ClassLoader再加載一次?？紤]到安全因素，我們?cè)囅胍幌?，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時(shí)使用自定義的String來(lái)動(dòng)態(tài)替代java核心api中定義的類(lèi)型，這樣會(huì)存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因?yàn)镾tring已經(jīng)在啟動(dòng)時(shí)就被引導(dǎo)類(lèi)加載器（Bootstrcp ClassLoader）加載，所以用戶(hù)自定義的ClassLoader永遠(yuǎn)也無(wú)法加載一個(gè)自己寫(xiě)的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類(lèi)的默認(rèn)算法。

JVM在搜索類(lèi)的時(shí)候，又是如何判定兩個(gè)class是相同的呢？

JVM在判定兩個(gè)class是否相同時(shí)，不僅要判斷兩個(gè)類(lèi)名是否相同，而且要判斷是否由同一個(gè)類(lèi)加載器實(shí)例加載的。只有兩者同時(shí)滿(mǎn)足的情況下，JVM才認(rèn)為這兩個(gè)class是相同的。就算兩個(gè)class是同一份class字節(jié)碼，如果被兩個(gè)不同的ClassLoader實(shí)例所加載，JVM也會(huì)認(rèn)為它們是兩個(gè)不同class。比如網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)Java類(lèi)org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之后生成字節(jié)碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個(gè)類(lèi)加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分別定義出了java.lang.Class實(shí)例來(lái)表示這個(gè)類(lèi)，對(duì)于JVM來(lái)說(shuō)，它們是兩個(gè)不同的實(shí)例對(duì)象，但它們確實(shí)是同一份字節(jié)碼文件，如果試圖將這個(gè)Class實(shí)例生成具體的對(duì)象進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，就會(huì)拋運(yùn)行時(shí)異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個(gè)不同的類(lèi)型。

四. 定義自己的classLoader

既然JVM已經(jīng)提供了默認(rèn)的類(lèi)加載器，為什么還要定義自已的類(lèi)加載器呢？

因?yàn)镴ava中提供的默認(rèn)ClassLoader，只加載指定目錄下的jar和class，如果我們想加載其它位置的類(lèi)或jar時(shí)，比如：我要加載網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)class文件，通過(guò)動(dòng)態(tài)加載到內(nèi)存之后，要調(diào)用這個(gè)類(lèi)中的方法實(shí)現(xiàn)我的業(yè)務(wù)邏輯。在這樣的情況下，默認(rèn)的ClassLoader就不能滿(mǎn)足我們的需求了，所以需要定義自己的ClassLoader。

定義自已的類(lèi)加載器分為兩步：

繼承java.lang.ClassLoader
重寫(xiě)父類(lèi)的findClass方法

讀者可能在這里有疑問(wèn)，父類(lèi)有那么多方法，為什么偏偏只重寫(xiě)findClass方法？

因?yàn)镴DK已經(jīng)在loadClass方法中幫我們實(shí)現(xiàn)了ClassLoader搜索類(lèi)的算法，當(dāng)在loadClass方法中搜索不到類(lèi)時(shí)，loadClass方法就會(huì)調(diào)用findClass方法來(lái)搜索類(lèi)，所以我們只需重寫(xiě)該方法即可。如沒(méi)有特殊的要求，一般不建議重寫(xiě)loadClass搜索類(lèi)的算法。

五. Java類(lèi)加載的步驟

Java虛擬機(jī)通過(guò)裝載、連接和初始化一個(gè)類(lèi)型，使該類(lèi)型可以被正在運(yùn)行的Java程序使用。

裝載：把二進(jìn)制形式的Java類(lèi)型讀入Java虛擬機(jī)中。
連接：把裝載的二進(jìn)制形式的類(lèi)型數(shù)據(jù)合并到虛擬機(jī)的運(yùn)行時(shí)狀態(tài)中去。 1. 驗(yàn)證：確保Java類(lèi)型數(shù)據(jù)格式正確并且適合于Java虛擬機(jī)使用。 2. 準(zhǔn)備：負(fù)責(zé)為該類(lèi)型分配它所需內(nèi)存。 3. 解析：把常量池中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用。(可推遲到運(yùn)行中的程序真正使用某個(gè)符號(hào)引用時(shí)再解析)
初始化：為類(lèi)中的靜態(tài)變量變量賦適當(dāng)?shù)某跏贾?，?zhí)行靜態(tài)代碼塊

所有Java虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)必須在每個(gè)類(lèi)或接口首次主動(dòng)使用時(shí)初始化。以下六種情況符合主動(dòng)使用的要求：

當(dāng)創(chuàng)建某個(gè)類(lèi)的新實(shí)例時(shí)(new、反射、克隆、序列化)
調(diào)用某個(gè)類(lèi)的靜態(tài)方法
使用某個(gè)類(lèi)或接口的靜態(tài)字段，或?qū)υ撟侄钨x值(用final修飾的靜態(tài)字段除外，它被初始化為一個(gè)編譯時(shí)常量表達(dá)式)
當(dāng)調(diào)用Java API的某些反射方法時(shí)。
初始化某個(gè)類(lèi)的子類(lèi)時(shí)。
當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)被標(biāo)明為啟動(dòng)類(lèi)的類(lèi)。

除以上六種情況，所有其他使用Java類(lèi)型的方式都是被動(dòng)的，它們不會(huì)導(dǎo)致Java類(lèi)型的初始化。

對(duì)于接口來(lái)說(shuō)，只有在某個(gè)接口聲明的非常量字段被使用時(shí)，該接口才會(huì)初始化，而不會(huì)因?yàn)槭孪冗@個(gè)接口的子接口或類(lèi)要初始化而被初始化。

父類(lèi)需要在子類(lèi)初始化之前被初始化，所以這些類(lèi)應(yīng)該被裝載了。當(dāng)實(shí)現(xiàn)了接口的類(lèi)被初始化的時(shí)候，不需要初始化父接口。然而，當(dāng)實(shí)現(xiàn)了父接口的子類(lèi)(或者是擴(kuò)展了父接口的子接口)被裝載時(shí)，父接口也要被裝載。(只是被裝載，沒(méi)有初始化)

以上就是如何理解Java常見(jiàn)知識(shí)點(diǎn)中的class loader，小編相信有部分知識(shí)點(diǎn)可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿?huì)見(jiàn)到或用到的。希望你能通過(guò)這篇文章學(xué)到更多知識(shí)。更多詳情敬請(qǐng)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。

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