类加载是什么
把磁盘中的java文件加载到内存中的过程叫做类加载
当我们用java命令运行某个类的main函数启动程序时，首先需要通过类加载器把主类加载到JVM. 有如下 User 类
package dc.dccmmtop;
public Class User {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("hello");
}
}运行 java dc.dccmmtop.User 时， 先要找到 User.Class 文件，查找全路径就是 Class_PATH + {{package name}}，对于User类来说，就是 {$Class_APTH}/dc/dccmmtop.User.Class
假如 User.java 在F:\code, 并且不在Class_PATH 下，可以通过 java -Classpath "F:\code" 临时指定。
加载类之后还有后续的步骤:
- 验证
- 准备
- 解析
- 初始化
- 使用
- 卸载
这篇文章主要来讲讲类加载
类加载器
不了解类加载机制的，可能就认为，只需找到java文件所在的磁盘位置，然后进行一次读文件的操作不就完成了加载嘛，其实远非如此。
总有一个加载类的工具，这个工具叫做类加载器，在java代码中可以通过如下方式获取当前类的类加载器是什么
package dccmmtop;
public Class User {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("hello");
System.out.println(User.Class.getClassLoader());
}
}
如图可以看到类加载器的名字叫做 AppClassLoader
我们全局搜索一下这个类，会发现在 sun.misc.Launcher.java 文件中找到。
那么这个AppClassLoader 本身也是一个 java 文件，它又是什么时候被加载并初始化的呢？
我们滚动到文件顶部，看到 Launcher 类的构造方法部分：
标记1 和标记2 实现了一个单例模式，在5 处获取到了 AppClassLoader 实例。也就是说在某一个地方通过调用 Launcher 类中的 getLauncher() 方法，会得到 AppClassLoader 实例， 那么 getLauncher() 方法又是在哪里调用的呢？追踪到这里已经无法在java代码中找到上一步了，其实这个方法是jvm (c++实现)调用的，如下图:
以上就是类加载的主要步骤了。下面看一下双亲委派机制
双亲委派机制
我们继续看AppClassLoader 实例化的过程：
在5处，实例化了一个AppClassLoader的对象，同时传进去了一个参数 var1, 这个 var1 是另外一个类加载器ExtClassLoader , 我们在进入 getAppClassLoader 方法看一看是怎么实现的：
先看一下 几个ClassLoad的继承关系：
有上面的继承关系图可以看出来，AppClassLoader 和 ExtClassLoader 都是从 ClassLoader 继承来的。
在 Launcher() 中可知，调用 AppClassLoader.getAppClassLoader() 方法时， 把 ExtClassLoader 的实例作为参数传递进来，最终到4这一步，作为 var2 参数，调用父类的构造方法，继续追踪父类的构造方法直到 ClassLoader :
在 ClassLoader 构造方法中，维护了一个 parent 变量，到此我们知道了 AppClassLoader 中 parent 变量保存的是 ExtClassLoader的实例, 如下图表示
继续看Launcher 构造方法：
loadClass() 方法将 Class 文件加载到jvm中，我们跟踪一下这个方法，会发现最后会调到 根类ClassLoader 中：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the Class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
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();
c = findClass(name);
// this is the defining Class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}上面代码块中的弟6行，findLoadedClass() , 先从已加载到的类集合中查找有没有这个类，如果有的话，直接返回，没有再进行下一步, findLoadedClass 方法源码如下
到 native finnal Class<?> findLoadedClass0(String name); 这里已经无法在向后追踪了，看到 naive ,要明白 使用native关键字说明这个方法是原生函数，也就是这个方法是用C/C++语言实现的，并且被编译成了DLL，由java去调用.
此时 User.Class 是第一次加载，AppClassLoader 中肯定无法在已加载的集合中找到，所以继续向下走到第 10，11 行. 上面已经分析过，AppClassLoader 中的 parent 是 ExtClassLoader , 所以在11行由 ExtClassLoader 的实例执行 laodClass 方法。 ExtClassLoader 没有覆写根类ClassLoader 的loaderClass 方法，所以也会到这里，只不过 ExtClassLoader 的 parent 是 NUll， 会走到13行，调用findBootstrapClassOrNull() 方法，再看一下这个方法的实现:
会发现这个方法也是C++实现的，虽然我们无法看到源码，但是根据注释可以知道，这个是保存了启动类加载器加载过的类。
到此为止，我们已经见识过3中不同的类加载器了：
- AppClassLoader
- ExtClassLoader
- BootStrapClassLoader
我们先不管这个后面两个类加载器是什么， 假定他们也找不到 User.Class. 继续向下看：
执行到第21行findClas()这里，再看源码
在A-2 这一步，ucp 其实保存的就是当前 ClassLoader 的类加载路径，就不再展开。要记住此时的 ClassLoader 是 ExtClassLoader, 假如仍然找不到User.Class 会执行到 A-3.然后返回到 loadClass 方法中， 此时 c 是空，继续执行到33行，返回到 AppClassLoader 调用 parent.getAppClassLoader 处，在 AppClassLoader 实例的范围下继续向后执行，然后再继续调用 findClass 方法，如果在AppClassLoader的类加载路径中找到User.Class 文件，就会 执行 defindClass(name,res) 方法去加载类文件了。
整个过程用文字描述起来比较复杂，来张图就很清楚了，为什么叫做双亲委派：
把 loadedClassList 集合称作缓存
- 先在 AppClassLoader 中缓存中找，如果找不到向 ExtClassLoader 找，如果能找到，直接返回
- 在 ExtClassLoader 中缓存找，如果找不到向 BootStrapClassLoader 找，如果能找到，直接返回
- 在 BootStrapClassLoader 找，如果找不到， 在 ExtClassLoader 类路径集合中找，
- 如果在 ExtClassLoader 类路径集合找不到，在 AppClassLoader 类路径集合找
- 如果在 AppClassLoader 类路径集合中能找到，加载该类，并放入缓存。找不到则报错
双亲指的是 ExtClassLoader 和 BootStrapClassLoader， AppClassLoader 先不加载，而是向上让其“父”加载，父加载不到时，自己再加载。这里的父不是父类，而是调用层级的关系。
是时候介绍一下 这三个类加载器
BootStrapClassLoader
引导类加载器
负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如 rt.jar、charsets.jar等
ExtClassLoader
扩展类加载器
负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR 类包
AppClassLoader
应用程序加载器
负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那些类
我们可以写代码验证一下:
package dccmmtop;
import sun.misc.Launcher;
import java.net.URL;
public Class User {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(String.Class.getClassLoader()); // null
System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.Class.getClassLoader().getClass().getName()); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
System.out.println(User.Class.getClassLoader().getClass().getName()); // sun.misc.Launcher$AppClassLoader
System.out.println();
System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");
URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i]);
}
System.out.println();
System.out.println("extClassloader加载以下文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
System.out.println();
System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");
System.out.println(System.getProperty("java.Class.path"));
}
}输入如下:
null // 因为调用了 c++ 实现。无法获取到java对象
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader
the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@77459877
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
bootstrapLoader加载以下文件：
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/Classes
extClassloader加载以下文件：
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext
appClassLoader加载以下文件：
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\jaccess.jar;...省略
为什么使用双亲委派机制
- 沙箱安全机制：
自己写的java.lang.String.Class类不会被加载，这样便可以防止核心 API库被随意篡改 - 避免类的重复加载：当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一 次，保证被加载类的唯一性
全盘负责委托机制
“全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类
所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入
自定义类加载器
从上述源码的描述可知，类加载器的核心方法是 findClass , 和 defineClass 。
defindClass 将class文件从磁盘加载文件到内存，defineClass 开始解析class文件:
所以自定义类加载器只需继承 ClassLoader，然后从写 findClass 文件就行了：
目录如下:
App.java:
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
public class App {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
// 从磁盘加载文件
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
// 重写
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
// defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defieClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
// 初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载 器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/dc_code/java"); // D盘创建
// 创建 io/dc 几级目录，将User类的复制类User.class丢入该目录
Class clazz = classLoader.loadClass("io.dc.User");
Object obj = clazz.newInstance();
// 使用反射调用 User 类的 sout 方法
Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
}打破双亲委派机制
经过上面的源码分析发现，主要是 ClassLoader 类中的laodClass 方法来实现的双亲委派机制，自己不加载而是先让其父加载。
所以直接复写 loadClass 方法即可，不再指定父级加载，当前类直接加载，如下:
import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;
public class App {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
// 从磁盘加载文件
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fis.available();
byte[] data = new byte[len];
fis.read(data);
fis.close();
return data;
}
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);
// defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
return defineClass(name, data, 0, data.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
throw new ClassNotFoundException();
}
}
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
if (name.startsWith("io.dc")) {
// 直接查找, 限定包名
c = findClass(name);
} else {
// 其他包中的类还是使用双亲委派机制
// 否则会报找不到 Object 类
c = this.getParent().loadClass(name);
}
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
}
public static void main(String args[]) throws Exception {
// 初始化自定义类加载器，会先初始化父类ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载 器设置为应用程序类加载器AppClassLoader
MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/dc_code/java"); // D盘创建
// 创建 io/dc 几级目录，将User类的复制类User.class丢入该目录
Class clazz = classLoader.loadClass("io.dc.User");
Object obj = clazz.newInstance();
// 使用反射调用 User 类的 sout 方法
Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
method.invoke(obj, null);
System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
}
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