Java - 类加载器
文章目录
- 1. 类加载的过程
- 2. 类加载器的分类
- 2.1 引导类加载器 Bootstrap
- 2.2 扩展类加载器 ExtClassLoader
- 2.3 系统类加载器 AppClassLoader
- 2.4 三者之间的关系
- 2.5 自定义类加载器
- 2.6 注:谁来准备类加载器呢?
- 3. 双亲委派机制
- 4. ClassLoader抽象类
- 5. URLClassLoader类
- 6. 参考资料
1. 类加载的过程
加载:将字节码文件通过IO流读取到JVM的方法区,并同时在堆中生成Class对像。
验证:校验字节码文件的正确性。
准备:为类的静态变量分配内存,并初始化为默认值;对于final static修饰的变量,在编译时就已经分配好内存了。
解析:将类中的符号引用转换为直接引用。
初始化:对类的静态变量初始化为指定的值,执行静态代码。
2. 类加载器的分类
主要分为两类:1. JVM内置的类加载器,有Bootstrap加载器、ExtClassLoader加载器和AppClassLoader加载器 三种,分别负责加载不同目录下的.class文件2. 用户自定义的类加载器,负责的加载目录自己决定。
2.1 引导类加载器 Bootstrap
引导类加载器属于JVM的一部分,由C++代码实现。
引导类加载器负责加载<JAVA_HOME\>\jre\lib
路径下的核心类库,由于安全考虑只加载 包名 java、javax、sun开头的类。
package classloader.bootstrap;import sun.misc.Launcher;import java.net.URL;public class Demo01 {public static void main(String[] args) {//Bootstrap 引导类加载器//打印为null,是因为Bootstrap是C++实现的。ClassLoader classLoader = Object.class.getClassLoader();System.out.println(classLoader);//查看引导类加载器会加载那些jar包URL[] urLs = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();for (URL urL : urLs) {System.out.println(urL);}}
}
2.2 扩展类加载器 ExtClassLoader
全类名:sum.misc.Launch$ExtClassLoader
,Java语言实现。
扩展类加载器的父加载器是Bootstrap启动类加载器
(注:不是继承关系)
扩展类加载器负责加载<JAVA_HOME>\jre\lib\ext
目录下的类库。
加载的jar包
获取扩展类加载器
注: JDK9是jdk.internal.loader.ClassLoaders$PlatformClassLoader
类
2.3 系统类加载器 AppClassLoader
全类名: sun.misc.Launcher$AppClassLoader
系统类加载器的父加载器是ExtClassLoader扩展类加载器
(注: 不是继承关系)。
系统类加载器负责加载 classpath环境变量
所指定的类库,是用户自定义类的默认类加载器。
获取系统类加载器
注: JDK9是jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader
类
2.4 三者之间的关系
AppClassLoader的父加载器是ExtClassLoader
ExtClassLoader的父加载器是Bootstrap
Bootstrap是根加载器三者之间是没有继承关系的。
AppClassLoader和ExtClassLoader都实现了抽象类ClassLoader。抽象类ClassLoader有一个字段parent, AppClassLoader和ExtClassLoader通过设置该字段引用,指定父加载器。(是组合关系)AppClassLoader 的parent指向 ExtClassLoader
ExtClassLoader 的parent指向 null,(null的原因是因为Bootstrap是C++实现的,通过代码中逻辑判断来转向Bootstrap)// The parent class loader for delegation
// Note: VM hardcoded the offset of this field, thus all new fields
// must be added *after* it.
private final ClassLoader parent;
2.5 自定义类加载器
自定义类加载器是为了加载在jvm三个加载器负责的目录范围之外的类
package com;import java.io.*;/*** @Date: 2022/5/2 10:09* @author: ZHX* @Description: 自定义类加载器*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {private String classPath;public MyClassLoader(String classPath) {this.classPath = classPath;}//parent: 指定父加载器, AppClassLoader/ExtClassLoader/Bootstrappublic MyClassLoader(ClassLoader parent, String classPath) {super(parent);this.classPath = classPath;}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {//要求返回的是你要加载的字节码文件的Class对象.//这里都是我们说了算的。//步骤://1. 从本地或网络某处读一个输入流到内存中 .//2. 将流内容字节数组 封装成Class对象 (直接调ClassLoader的defineClass方法,JVM会帮我们按照.class文件格式创建好的。)//1.//处理得到完整路径String path = this.classPath + name.replace(".", File.separator) + ".class";//2.读取到内存try (FileInputStream fis = new FileInputStream(path); ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream()) {byte[] buffer = new byte[1024];int len = 0;while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {//用ByteArrayOutputStream暂存一下。baos.write(buffer, 0, len);}byte[] allByte = baos.toByteArray();//将字节数组生成Class对象return super.defineClass(name, allByte, 0, allByte.length);} catch (IOException e) {throw new ClassNotFoundException(name + "加载失败");}}//测试下public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {//使用自己的类加载器,加载D:\\ + com.ali.HelloMyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("d:\\"); ////加载 全限定名类Class<?> clazz = myClassLoader.loadClass("com.ali.Hello");clazz.newInstance();System.out.println(clazz.getClassLoader()); //out: 使用的类加载器 MyClassLoader@481248}
}
加载jar包的写法:
从jar包加载类:String path = "jar:file:\\" + classPath + "!/" + name.replace(".", File.separator) + ".class";
2.6 注:谁来准备类加载器呢?
AppClassLoader和ExtClassLoader是Launcher的静态内部类,在程序启动时JVM会创建Launcher对象,Launcher构造器会同时会创建扩展类加载器和应用类加载器。
Launcher类
3. 双亲委派机制
双亲委派机制就是: 每个类加载器都很懒,加载类时都先让父加载器去尝试加载,父加载器加载不了时自己才去加载。
图片来源 : https://www.bilibili.com/video/BV16T4y1P79h?p=2
例如: 加载自定义类Demo.class的流程
- 首先使用AppClassLoader类加载器尝试加载,AppClassLoader加载器会先检查它的缓存,查看该类是否已经被加载,有则不加载,没有则向上交给ExtClassLoader加载器。
- ExtClassLoader加载器同样会先检查它的缓存,查看该类是否已经被加载,有则不加载,没有则向上交给Bootstrap加载器。
- Bootstrap加载器同样会先检查它的缓存,查看该类是否已经被加载。有则不加载,没有则尝试从它负责的目录中加载,
- Bootstrap加载器加载失败(不在它负责的目录范围)则向下交给ExtClassLoader加载器。
- ExtClassLoader加载器会从它负责的目录中尝试加载,加载失败则向下交给AppClassLoader加载器
- AppClassLoader加载器从它负责的classpath尝试加载,加载完成。
双亲委派机制的好处:
避免类的重复加载:当父加载器已经加载该类时,就没有必要子加载器再加载一遍,保证被加载类的唯一性。
同时Java有沙箱安全机制:自定义类的包名以
java.
开头被禁止, 防止核心API被篡改,判断逻辑在defineClass方法中。
打破双亲委派机制
双亲委派机制的实现其实就是在loadClass方法中实现的。
直接调用findClass方法就可以跳过双亲委派机制,这样就可以直接加载,而不用向上委托了。
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {//使用上面自定义的类加载器。MyClassLoader myClassLoader1 = new MyClassLoader("d:\\");//find方法调用,加载 全限定名类Class<?> clazz1 = myClassLoader1.findClass("com.ali.Hello");System.out.println(clazz1.hashCode()); //out: 26508395System.out.println(clazz1.getClassLoader()); //out: 使用的类加载器 MyClassLoader@481248
}
//如果要想一个类加载两次,就需要创建两个类加载器。(因为判断缓存中该字节码文件是否已经已经被加载是在defineClass方法中,而该方法为final我们没法改写.)
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {//使用上面自定义的类加载器。MyClassLoader myClassLoader1 = new MyClassLoader("d:\\");MyClassLoader myClassLoader2 = new MyClassLoader("d:\\");//加载 全限定名类Class<?> clazz1 = myClassLoader1.findClass("com.ali.Hello");Class<?> clazz2 = myClassLoader2.findClass("com.ali.Hello");System.out.println(clazz1.hashCode());//out: 22913620System.out.println(clazz2.hashCode());//out: 29768086System.out.println(clazz1.getClassLoader()); //out: 使用的类加载器 MyClassLoader@481248System.out.println(clazz2.getClassLoader()); //out: 使用的类加载器 MyClassLoader@1947c6b
}
4. ClassLoader抽象类
所有的类加载器(除了Bootstrap)都要继承ClassLoader抽象类。
主要方法
方法名 | 作用 |
---|---|
public Class<?> loadClass(String name) | 双亲委派机制的实现 |
protected Class<?> findClass(String name) | 读取字节码文件到内存并调用defindClass方法生成Class对象 |
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) | 先判断是否加载过,然后将字节数组解析成Class对象 |
protected final void resolveClass(Class<?> c) | 连接指定的类 |
loadClass()方法源码
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {synchronized (getClassLoadingLock(name)) {// First, check if the class has already been loaded// 检查类是否已经被加载了Class<?> c = findLoadedClass(name);if (c == null) { //没有long t0 = System.nanoTime();try {//双亲委派机制加载if (parent != null) {c = parent.loadClass(name, false);} else {c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException e) {// ClassNotFoundException thrown if class not found// from the non-null parent class loader}if (c == null) {// If still not found, then invoke findClass in order// to find the class.long t1 = System.nanoTime();//真正将字节码文件加载到内存。c = findClass(name);// this is the defining class loader; record the statssun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {resolveClass(c);}return c;}
}
5. URLClassLoader类
java.net.URLClassLoader
继承了ClassLoader类
. 拓展了功能,能够从网络或本地加载类。默认的父加载器是AppClassLoader系统类加载器。
加载磁盘上的类
package classloader.urlclassloader;/*** @Date: 2022/4/30 9:35* @author: ZHX* @Description:*/
public class LoadLocal {public LoadLocal(){System.out.println("本地的字节码文件");}}
package classloader.urlclassloader;import java.io.File;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;/*** @Date: 2022/4/30 0:51* @author: ZHX* @Description:*/
public class Demo {public static void main(String[] args) throws MalformedURLException, ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {File file = new File("D:\\Project\\java-advence\\day16-classloader\\src\\main\\java\\");URL url = file.toURI().toURL();URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(new URL[]{url});Class<?> clazz = urlClassLoader.loadClass("classloader.urlclassloader.LoadLocal");clazz.newInstance(); //out: 本地的字节码文件}
}
加载网络上的类
package classloader.urlclassloader;/*** @Date: 2022/4/30 9:35* @author: ZHX* @Description:*/
public class LoadURL {public LoadURL(){System.out.println("网络上的字节码文件");}
}
package classloader.urlclassloader;import java.io.File;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;/*** @Date: 2022/4/30 0:51* @author: ZHX* @Description:*/
public class Demo {public static void main(String[] args) throws MalformedURLException, ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {//放到了tomcat服务器上。URL url = new URL("http://localhost/");URLClassLoader urlClassLoader = new URLClassLoader(new URL[]{url});Class<?> clazz = urlClassLoader.loadClass("classloader.urlclassloader.LoadURL");clazz.newInstance(); //out: 网络上的字节码文件}
}
6. 参考资料
阿里P7面试题,Java程序员手写自定义类加载器,讲透Java类加载全过程
面试官:谈谈类加载器吧,你有没有看过类加载器的源码?(总结的十分详细)
系统学习让你轻松定义java类加载器
AppClassLoader
类的加载与类加载器
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