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JavaClassLoader？

1. ClassLoader

類加載器(class loader)用來加載 Java 類到 Java 虛擬機中。Java 源程序(.java 文件)在經(jīng)過 Java 編譯器編譯之后就被轉(zhuǎn)換成 Java 字節(jié)代碼(.class 文件)。類加載器負責讀取 Java 字節(jié)代碼，并轉(zhuǎn)換成 java.lang.Class 類的一個實例。

2. ClassLoader Hierarchy

JVM在加載類時，使用的是雙親委托模式(delegation model)，也就是說除了Bootstrap ClassLoader之外，每個ClassLoader都有一個Parent ClassLoader。ClassLoader是按需進行加載class文件。當ClassLoader試圖加載一個類時，首先檢查本地緩沖，查看類是否已被加載，如果類沒有被加載，嘗試委托給父ClassLoader進行加載，如果父ClassLoader加載失敗，才會由該ClassLoader進行加載，從而避免了重復(fù)加載的問題。一下為類裝載器層次圖：

Bootstrap ClassLoader：負責加載java_home/lib目錄下的核心類或- Xbootclasspath指定目錄下的類。

Extension ClassLoader：負責加載java_home/lib/ext目錄下的擴展類或 -Djava.ext.dirs 指定目錄下的類。

System ClassLoader：負責加載-classpath/-Djava.class.path所指的目錄下的類。

如果類App1在本地緩沖中沒有class文件(沒有被加載)，那么它會自底向上依次查找是否已經(jīng)加載了類，如果已經(jīng)加載，則直接返回該類實例的引用。如果BootstrapClassLoader也未成功加載該類，那么會拋出異常，然后自頂向下依次嘗試加載，如果到App1 ClassLoader還沒有加載成功，那么會拋出ClassNotFoundException異常給調(diào)用者。

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static void main(String[] args) {     
    2.   
  
  
  
  2.         ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();     
    3.   
  
  
  
  3.         while(cl != null){     
    4.   
  
  
  
  4.             System.out.println(cl);     
    5.   
  
  
  
  5.             System.out.println("parent class loader: " + cl.getParent());     
    6.   
  
  
  
  6.             cl = cl.getParent();     
    7.   
  
  
  
  7.         }     
    8.   
  
  
  
  8.     }  
    9.

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f    
    2.   
  
  
  
  2. parent class loader: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1    
    3.   
  
  
  
  3. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1    
    4.   
  
  
  
  4. parent class loader: null   
    5.

我們看到，當前系統(tǒng)類裝載器為AppClassLoader,AppClassLoader的父類裝載器是ExtClassLoader，ExtClassLoader的父裝載器為null，表示為BootstrapClassLoader。BootstrapClassLoader由JVM采用本地代碼實現(xiàn)，因此沒有對應(yīng)的Java類，所以ExtClassLoader的getParent()返回null。

ClassLoader的職責之一是保護系統(tǒng)名字空間。以下為ClassLoader類部分代碼：

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private ProtectionDomain preDefineClass(String name,     
    2.   
  
  
  
  2.                         ProtectionDomain protectionDomain)     
    3.   
  
  
  
  3.     {     
    4.   
  
  
  
  4.     if (!checkName(name))     
    5.   
  
  
  
  5.         throw new NoClassDefFoundError("IllegalName: " + name);     
    6.   
  
  
  
  6.     
    7.   
  
  
  
  7.     if ((name != null) && name.startsWith("java.")) {     
    8.   
  
  
  
  8.         throw new SecurityException("Prohibited package name: " +     
    9.   
  
  
  
  9.                     name.substring(0, name.lastIndexOf('.')));     
    10.   
  
  
  
  10.     }     
    11.   
  
  
  
  11.     if (protectionDomain == null) {     
    12.   
  
  
  
  12.         protectionDomain = getDefaultDomain();     
    13.   
  
  
  
  13.     }     
    14.   
  
  
  
  14.     
    15.   
  
  
  
  15.     if (name != null)     
    16.   
  
  
  
  16.         checkCerts(name, protectionDomain.getCodeSource());     
    17.   
  
  
  
  17.     
    18.   
  
  
  
  18.     return protectionDomain;     
    19.   
  
  
  
  19.     } 
    20.

那么，當我們定義如下類Foo，雖然能夠通過編譯，但是會報java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang異常，因為我們試圖將Foo類寫入到j(luò)ava.lang包下。

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. package java.lang;     
    2.   
  
  
  
  2.     
    3.   
  
  
  
  3. public class Foo {     
    4.   
  
  
  
  4.          
    5.   
  
  
  
  5.     public static void main(String args[]) throws Exception {     
    6.   
  
  
  
  6.         Foo f = new Foo();     
    7.   
  
  
  
  7.         System.out.println(f.toString());     
    8.   
  
  
  
  8.     }     
    9.   
  
  
  
  9. }   
    10.

3. 定制ClassLoader

Java自帶的ClassLoader類的定義為：

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public abstract class ClassLoader{      
    2.   
  
  
  
  2. } 
    3.

啟動類加載器是JVM通過調(diào)用ClassLoader.loadClass()方法。

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public Class  loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {     
    2.   
  
  
  
  2.     return loadClass(name, false);     
    3.   
  
  
  
  3.     }     
    4.   
  
  
  
  4.     
    5.   
  
  
  
  5. protected synchronized Class  loadClass(String name, boolean resolve)     
    6.   
  
  
  
  6.     throws ClassNotFoundException     
    7.   
  
  
  
  7.     {     
    8.   
  
  
  
  8.     // First, check if the class has already been loaded     
    9.   
  
  
  
  9.     Class c = findLoadedClass(name);     
    10.   
  
  
  
  10.     if (c == null) {     
    11.   
  
  
  
  11.         try {     
    12.   
  
  
  
  12.         if (parent != null) {     
    13.   
  
  
  
  13.             c = parent.loadClass(name, false);     
    14.   
  
  
  
  14.         } else {     
    15.   
  
  
  
  15.             c = findBootstrapClass0(name);     
    16.   
  
  
  
  16.         }     
    17.   
  
  
  
  17.         } catch (ClassNotFoundException e) {     
    18.   
  
  
  
  18.             // If still not found, then invoke findClass in order     
    19.   
  
  
  
  19.             // to find the class.     
    20.   
  
  
  
  20.             c = findClass(name);     
    21.   
  
  
  
  21.         }     
    22.   
  
  
  
  22.     }     
    23.   
  
  
  
  23.     if (resolve) {     
    24.   
  
  
  
  24.         resolveClass(c);     
    25.   
  
  
  
  25.     }     
    26.   
  
  
  
  26.     return c;     
    27.   
  
  
  
  27.     }     
    28.   
  
  
  
  28.     
    29.   
  
  
  
  29. protected Class  findClass(String name) throws ClassNotFoundException {     
    30.   
  
  
  
  30.     throw new ClassNotFoundException(name);     
    31.   
  
  
  
  31.     }    
    32.

loadClass(String name, boolean resolve)方法中的resolve如果為true,表示分析這個Class對象，包括檢查Class Loader是否已經(jīng)初始化等。loadClass(String name) 在加載類之后不會對該類進行初始化，直到***次使用該類時，才會對該類進行初始化。

那么，我們在定制ClassLoader的時候，通常只需要覆寫findClass(String name)方法。在findClass(String name)方法內(nèi)，我們可以通過文件、網(wǎng)絡(luò)(URL)等形式獲取字節(jié)碼。以下為獲取字節(jié)碼的方法:

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public InputStream getResourceAsStream(String name);     
    2.   
  
  
  
  2. public URL getResource(String name);     
    3.   
  
  
  
  3. public InputStream getResourceAsStream(String name);     
    4.   
  
  
  
  4. public Enumeration  getResources(String name)  throws IOException;    
    5.

在取得字節(jié)碼后，需要調(diào)用defineClass()方法將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成Class對象，該方法簽名如下：

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. protected final Class  defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,     
    2.   
  
  
  
  2.                      ProtectionDomain protectionDomain)     
    3.   
  
  
  
  3.     throws ClassFormatError  
    4.

對于相同的類，JVM最多會載入一次。如果同一個class文件被不同的ClassLoader載入(定義)，那么載入后的兩個類是完全不同的。

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public class Foo{     
    2.   
  
  
  
  2.     //     
    3.   
  
  
  
  3.     private static final AtomicInteger COUNTER = new AtomicInteger(0);     
    4.   
  
  
  
  4.     
    5.   
  
  
  
  5.     public Foo() {     
    6.   
  
  
  
  6.         System.out.println("counter: " + COUNTER.incrementAndGet());     
    7.   
  
  
  
  7.     }     
    8.   
  
  
  
  8.          
    9.   
  
  
  
  9.     public static void main(String args[]) throws Exception {     
    10.   
  
  
  
  10.         URL urls[] = new URL[]{new URL("file:/c:/")};     
    11.   
  
  
  
  11.         URLClassLoader ucl1 = new URLClassLoader(urls);     
    12.   
  
  
  
  12.         URLClassLoader ucl2 = new URLClassLoader(urls);     
    13.   
  
  
  
  13.         Class  c1 = ucl1.loadClass("Foo");     
    14.   
  
  
  
  14.         Class  c2 = ucl2.loadClass("Foo");     
    15.   
  
  
  
  15.         System.out.println(c1 == c2);     
    16.   
  
  
  
  16.         c1.newInstance();     
    17.   
  
  
  
  17.         c2.newInstance();     
    18.   
  
  
  
  18.     }     
    19.   
  
  
  
  19. }   
    20.

以上程序需要保證Foo.class文件不在classpath路徑下。從而使AppClassLoader無法加載Foo.class。

輸出結(jié)果：

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. false    
    2.   
  
  
  
  2. counter: 1    
    3.   
  
  
  
  3. counter: 1 
    4.

4. Web應(yīng)用的ClassLoader

絕大多數(shù)的EJB容器，Servlet容器等都會提供定制的ClassLoader，來實現(xiàn)特定的功能。但是通常情況下，所有的servlet和filter使用一個ClassLoader。每個jsp都使用一個獨立的ClassLoader。

5. 隱式(implicit)和顯示(explicit)的加載

隱式加載：我們使用new關(guān)鍵字實例化一個類，就是隱身的加載了類。

顯示加載分為兩種：

java.lang.Class的forName()方法;

java.lang.ClassLoader的loadClass()方法。

Class.forName()方法有兩個重載的版本：

Java代碼

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public static Class  forName(String className)      
    2.   
  
  
  
  2.                 throws ClassNotFoundException {     
    3.   
  
  
  
  3.         return forName0(className, true, ClassLoader.getCallerClassLoader());     
    4.   
  
  
  
  4.     }     
    5.   
  
  
  
  5.     
    6.   
  
  
  
  6. public static Class  forName(String name, boolean initialize,     
    7.   
  
  
  
  7.                    ClassLoader loader)     
    8.   
  
  
  
  8.         throws ClassNotFoundException   
    9.

可以看出，forName(String className)默認以true和ClassLoader.getCallerClassLoader()調(diào)用了三參數(shù)的重載方法。ClassLoader.getCallerClassLoader()表示以caller class loader加載類，并會初始化類(即靜態(tài)變量會被初始化，靜態(tài)初始化塊中的代碼也會被執(zhí)行)。如果以false和ClassLoader.getCallerClassLoader()調(diào)用三參數(shù)的重載方法，表示加載后的類不會被初始化。

ClassLoader.loadClass()方法在類加載后，也同樣不會初始化類。

6. 兩個異常(exception)

NoClassDefFoundError: 當java源文件已編譯成.class文件,但是ClassLoader在運行期間搜尋路徑load某個類時,沒有找到.class文件則拋出這個異常。

ClassNotFoundException: 試圖通過一個String變量來創(chuàng)建一個Class類時不成功則拋出這個異常


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