Java 类装载器详解

Java类装载器详解

一：标准JavaSE 类装载器
    1.标准JavaSE 类装载器概述
        本质上来说，类装载器是以某种方式，读取Java类的class文件到JVM中，并将class文件中的信息写入到内存中的一种机制。Java语言中的类装载器可以分为两种：一种是用Java语言编写的（Java程序员只需要关注这种类型的类装载器即可）；一种不是用Java语言编写的，我们称之为启动类装载器，它是Java虚拟机实现的一部分。
    2.启动类装载器
        顾名思义，启动类装载器是用于装载JVM启动时需要的Java类。实际上，启动类装载器负责装载所有核心的Java类（例如 java.lang.*和 java.io.*）。启动类装载器以某种特定的方式从本地磁盘（Java虚拟机安装目录）中装载JVM运行所需的Java类。例如如果JVM是用C或者C++编写的，那么JVM的实现者可以调用C或者C++的API来装载Java class文件到JVM中。有些人知道了启动类装载器装载了核心的Java类，他们可能还想知道，启动类状态器具体在哪里找到这些类。JAR文件的查找方法因厂商的不同而变化。例如Sun的Java SE 5 JVM在<JDK>/jre/lib目录下查找JAR文件，尤其在<JDK>/jre/lib/rt.jar目录下查找启动类。对于Sun的JVM，可以使用 -Xbootclasspath 为JVM查找启动类的位置，一般而言，我们不需要这么做。
（启动类装载器在一个JVM实现中，只有一个。也有翻译成引导类装载器，原始类装载器的，但我觉得启动类装载器最为精确）
    3.扩展类装载器
        Java 1.2 引入了标准扩展机制。通常情况下，当我们想让JVM在某个特定的位置查找类文件时，我们会更改CLASSPATH环境变量，将类文件加入到CLASSPATH环境变量中。（或者使用 -classpath 选项）。Sun引入了标准扩展机制作为一个可选的方法，可以将JAR文件放入到标准扩展目录，JVM将自动找到他们。
       一般情况下，扩展类装载器是用Java语言编写的。标准扩展目录也会随着JVM厂商的不同而不同，Sun的JVM的标准扩展目录为<JDK>/jre/lib/ext。
    4.系统类装载器
        系统类装载器是Java 1.2引入的系统默认Java实现，当然，它是用Java编写的。系统类装载器在目录和CLASSPATH环境变量指定的JAR文件中查找自己的类，或者通过-classpath命令行选项传递的类。系统类装载器也用于装载应用程序的entry point类（即含有main()方法的类），对于那些其他任何没有上述的两类类装载器装载的类，都默认使用系统类装载器。
（系统类装载器有时被称为应用程序类装载器，虽然更为贴切，不过系统类装载器是Sun的约定）
二：委派模型
     
      如前所述，Java SE用于3种不同的类装载器。他们之间的关系可以用父子关系形容。启动类装载器是爷爷，系统类装载器是孙子，优先级最低。JDK1.2以后的JVM版本都会使用委派模型。当JVM受到装载类的请求时，只有在父类装载器未能装载该类的情况下，原始类（子类）才会尝试装载该类。举个例子来说，你定义了一个类名为A的类。当你请求装载该类时，系统类装载器会受到请求（为什么是系统类装载器会先收到请求？），他首先想到的不是自己去装载这个类，而是会想，难不成他在扩展类装载器那？于是乎他就找到扩展类装载器，问他类A在你那吗？扩展类装载器收到请求后第一件事情也不是做事，而是在想，难不成他在启动类装载器那？于是乎，他又找到了启动类装载器，问他了，喂看看类A在你那不？当然了，启动类装载器在接到请求后，第一件想到的事情也不是自己去装载类A啊，他也想问他老子啊，可他一看，他前面没人了啊 。于是乎，没办法，他就到自己的装载域中找找看有没有类A。找了半天，他没发现类A，他就告诉扩展类装载器，跟他说，我这没有啊 ，你自己找找看吧，扩展类装载器就去自己的装载域中找了，结果没发现，于是，他也只能不好意思的跟系统类装载器说，我这也没有啊 ，还是你自己来吧。于是，系统类装载器就自己去找了，他当然能找到啦，于是就把对象的引用返回了。（写了这么久的Java程序了，有没有弄清楚，JVM在什么时候装载一个类？）
三：Endorsed Standards Override 机制
    Java 1.4引入了称为 Endorsed Standards Override 机制的概念，在Java SE1.5中也可以使用该机制。随着时间的推移，核心的Java SE发布已经包括越来越多的Java扩展（曾经认为是可选的）。其中一个很好的例子就是J2SE 1.4包含XML处理的Java API（JAXP）。既包括JAXP的API类，也包括其实现。实现类包含在rt.jar中，启动类装载器将装载它们。因此，如果程序员将更新版本的JAXP实现与该JDK一起放到CLASSPATH中，新的版本将不能使用。
四：Java 类装载器在安全模型中扮演的角色
    在计算机的世界里，以说到安全问题，我们可就又回到了严肃而认真的问题上了。显然，类装载器体系位于Java安全模型的中心。（为什么？）是否还记得我们上述的三种类装载器，其中最重要的就是启动类装载器装载的类了，如果一个第三者的java.lang.String 插足到JVM中了，他成了你调用的String 类，结果他把你的硬盘给格了，你是否会崩溃？
   1.委派模型
    前述的委派模型通常被描述为一个安全特性。你看了之后是不是也觉得是那么回事呢？
启动类装载器装载了所有的JVM自带的核心Java API。任何装载核心的Java类的请求，都会在启动类装载器那获得它所保存的副本。
    但是，委派模型并不是JVM规范的一部分，所以委派模型在安全方面是存在缺陷的。（乖乖，又想到一个问题，为什么不把他加入到JVM规范中呢？那样Java岂不是更安全？）
   2.我们不是可以自定义类装载器吗？你要是不把请求委派给父类装载器，你怎么阻止别人装载java.lang.String呢？事实上任何用Java语言编写的类装载器，都不能装载核心的Java类。ClassLoader抽象类（所有类装载器必须继承的）禁止创建任何以java开始的类。你的类装载器还能装载核心的java类吗？不能吧？那还是让启动类装载器来干吧。
   4.第二条所述的只是在装载类的时候，限制了错误的核心类被装载，那么在运行时，怎么保证JVM的安全呢？Sun的策略有两种，第一就是独立的类装载器命名空间。
     JVM在运行时，会为每个类监视每个运行的类装载器，并为之分配一个唯一的命名空间。并且，当JVM在运行Java代码时，收到一个类发出装载另一个类的请求时，他会先找到装载发出请求的类的装载器，并用他来装载待装载的类。这样的话，不同的类装载器装载的类就会有不同的命名空间。同一个类装载器装载的类之间可以进行直接交换，不同的类装载器装载的类之间不可以进行直接交换，JVM会禁止这样的行为，除非你的程序显式的允许。大家都知道，在Java语言中，我们区分不同的类，是通过包名加类名（完全限定名），实际在JVM中，还会在你的类之前加上类装载器的命名空间。也就是说，两个不同的类装载器均装载了com.Test.java这个Java类，在JVM看来，会认为他们不是同一个类。这样的话，在运行状态下，恶意的代码就不能够破话善意的代码了。
   5.Security Manager
     如果真的想保证自定义类装载器不能破坏程序，可以在应用程序中完全阻止它。这可以通过Security Manager类完成。
    使用Security Manager和它的策略文件，可以在应用程序中阻止（或者不阻止）大量的任务。例如，可以阻止应用程序打开和某个网络主机的socket连接，或者打开某个本地文件。此外，还可以阻止应用程序装载类装载器。
    至于怎么使用Security Manager则又是另外一个话题了。
四：类装载器的其他行为
    1.延迟加载
    2.类缓存
   
五：为什么我们要学习类装载器
    这个问题问的真是好，我说了那么多废话，只是让我们学习了之后去写属于我们自己的类装载器吗？当然不是，很少情况下，我们需要写。
     那么，学习类装载器干什么？我们不知道他，还不是照样可以编程，照样做Java程序员，事实上，我也经常问自己这些问题 。
     由于本人Java的从业时间不长，知道的不多。
     目前来看，主要有：
     1.深入Java虚拟机的学习有帮助
     2.我在学习Tomcat时，也有很多帮助。比如Tomcat中不同的Context。
    

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1 楼 medicine 2012-09-13  

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