关于ClassLoader

1.简介

ClassLoader，顾名思义就是类加载器，负责将Class加载到JVM中，将Class字节码重新解析成JVM统一要求的对象格式，除此之外它还负责审查每个类应该由谁加载，它是一种父优先的等级加载机制。

2.ClassLoader类结构分析

1)protect ... defineClass(...)

将一个字节数组转换为 Class 类的实例。

注：如果直接调用这个方法生成类的Class对象，这个类的Class对象还没有resolve，这个resolve将会在这个对象真正实例化时才进行。

2)protect ... findClass(...)

使用指定的二进制名称查找类。默认实现抛出一个ClassNotFoundException，我们通过覆盖它来实现类的加载规则，从而取得要加载类的字节码，然后调用defineClass方法生成类的Class对象，如果你想在类被加载到JVM中时就被连接，那么可以接着调用resolveClass方法。ClassLoader按照委托模型来加载类，在通过父类加载器检查所请求的类失败后，此方法才会被loadClass方法所调用。

3)loadClass

使用指定的二进制名称来加载类。此方法的默认实现将按以下顺序搜索类：

 (1)调用 findLoadedClass(String) 来检查是否已经加载类。

 (2)在父类加载器上调用 loadClass 方法。如果父类加载器为 null，则使用虚拟机的内置类加载器。

 (3)调用 findClass(String) 方法查找类。

 (4)如果使用上述步骤找到类，并且 resolve 标志为真，则此方法将在得到的 Class 对象上调用 resolveClass(Class) 方法。

 鼓励用 ClassLoader 的子类重写 findClass(...)，而不是此方法。

4)resolveClass

 链接指定的类。

3.ClassLoader的等级加载机制

就是指ClassLoader.loadClass方法的步骤，上文已经描述过，源代码如下：

public Class<?> loadClass(String paramString)
  	throws ClassNotFoundException {
  return loadClass(paramString, false);
}

protected synchronized Class<?> loadClass(String paramString, boolean paramBoolean)
  	throws ClassNotFoundException {
  Class localClass = findLoadedClass(paramString);
  if (localClass == null) {
    try {
      if (this.parent != null) {
        localClass = this.parent.loadClass(paramString, false);
      } else {
        localClass = findBootstrapClass0(paramString);
      }
    } catch (ClassNotFoundException localClassNotFoundException) {
      localClass = findClass(paramString);
    }
  }
  if (paramBoolean) {
    resolveClass(localClass);
  }
  return localClass;
}

 好处：

1）防止重复加载。

2）考虑到安全因素，保证所有的类都由正确的ClassLoader加载。

4.ClassLoader的层级结构

1）Bootstrap ClassLoader

主要加载JVM自身工作需要的类，完全由JVM控制，需要加载哪个类，如何加载都是由JVM自己控制，别人也访问不到这个类，所以这个ClassLoader不遵守前面介绍的加载规则，它仅仅是一个加载工具而已，既没有更高一级的父加载器，也没有子加载器。

2）ExtClassLoader

服务的特定目标是在System.getProperty("java.ext.dirs")目录下，由Bootstrap ClassLoader加载。

3）AppClassLoader

parent是ExtClassLoader，服务的特定目标在System.getProperty("java.class.path")目录下，也就是我们常用的classpath，由Bootstrap ClassLoader加载。

4）自定义ClassLoader

假如不指定，则默认的parent为AppClassLoader，因为默认的parent = getSystemClassLoader()，而该方法返回的正是AppClassLoader。

protected ClassLoader()
{
  SecurityManager localSecurityManager = System.getSecurityManager();
  if (localSecurityManager != null) {
    localSecurityManager.checkCreateClassLoader();
  }
  this.parent = getSystemClassLoader();
  this.initialized = true;
}

 测试：ClassLoaderTest.java

package com.siyuan.test.lang;

import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;

import sun.util.resources.CalendarData_zh;

public class ClassLoaderTest {

	/**
	 * @param args
	 * @throws Exception 
	 */
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		//ExtClassLoader的服务路径
		System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
		//AppClassLoader的服务路径
		System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
		//String由Bootstrap ClassLoader加载
		System.out.println("ClassLoader of String : " + String.class.getClassLoader());
		//CalendarData_zh由ExtClassLoader加载
		System.out.println(CalendarData_zh.class.getClassLoader());
		//ClassLoaderTest由AppClassLoader加载
		ClassLoader classLoader =  ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
		System.out.println("ClassLoader of ClassLoaderTest : " + classLoader);
		//StringTest由URLClassLoader加载
		ClassLoader diyClassLoader = new URLClassLoader(new URL[]{new URL("file://D:/testworkspace/jdktest/testbin/")});
		System.out.println("ClassLoader of StringTest : " + diyClassLoader.loadClass("com.siyuan.test.filter.StringTest").getClassLoader());
		//ClassLoader层级结构
		classLoader = diyClassLoader;
		do {
			System.out.println("ClassLoader info --------------");
			System.out.println("name : " + classLoader);
			System.out.println("parent : " + classLoader.getParent());
			System.out.println("class path : " + classLoader.getResource(""));
			System.out.println("ClassLoader of it : " + classLoader.getClass().getClassLoader());
			classLoader = classLoader.getParent();
		} while(classLoader != null);
	}

}

 运行结果：

C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_10\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
D:\testworkspace\jdktest\bin
ClassLoader of String : null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
ClassLoader of ClassLoaderTest : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
ClassLoader of StringTest : java.net.URLClassLoader@61de33
ClassLoader info --------------
name : java.net.URLClassLoader@61de33
parent : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
class path : file:/D:/testworkspace/jdktest/bin/
ClassLoader of it : null
ClassLoader info --------------
name : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
parent : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
class path : file:/D:/testworkspace/jdktest/bin/
ClassLoader of it : null
ClassLoader info --------------
name : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
parent : null
class path : null
ClassLoader of it : null

5.加载方式

1）隐式加载：不通过在代码里调用ClassLoader来加载需要的类，而是通过JVM来自动加载需要的类。例如，当我们在类中继承或者引用某个类时，JVM在解析当前这个类时发现引用的类不在内存中，那么就会自动将这些类加载到内存中。

2）显式加载：在代码中通过调用ClassLoader来加载类，如this.getClassLoader().loadClass(xxx)或者Class.forName(xxx)。

6.class文件加载过程

 

1）找到.class文件并把这个文件包含的字节码加载到内存中

2.1）字节码验证，确保格式正确，行为正确

2.2）类准备，包含每个类中定义的字段，方法和实现接口的结构分析和内存分配。

2.3）解析，装入类所引用的其他所有类，如超类，接口，字段，方法签名，方法中使用的变量。

3）类中静态属性和初始化赋值，以及静态块的执行

7.如何判断两个class是否相同

1）它们的完整类名是否一致

2）加载它们的ClassLoader是否是同一个

测试：ClassLoaderTest.java

package com.siyuan.test.lang;

import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;

import sun.util.resources.CalendarData_zh;

public class ClassLoaderTest {

	/**
	 * @param args
	 * @throws Exception 
	 */
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		ClassLoader diyClassLoader1 = new URLClassLoader(new URL[]{new URL("file://D:/testworkspace/jdktest/testbin/")});
		Class stringTestClass1 = diyClassLoader1.loadClass("com.siyuan.test.filter.StringTest");
		ClassLoader diyClassLoader2 = new URLClassLoader(new URL[]{new URL("file://D:/testworkspace/jdktest/testbin/")});
		Class stringTestClass2 = diyClassLoader2.loadClass("com.siyuan.test.filter.StringTest");
		System.out.println(stringTestClass1 == stringTestClass2);
	}

}

 运行结果

false

 8.参考资料

《深入分析 Java Web 技术内幕》