Java类加载器详解

1 特点

双亲委派：

如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

负责依赖：

同时加载它依赖的类

缓存加载：

加载后放到内存里，再次加载时就会直接获取

2 应用

类层次划分，osgi，热部署，代码加密

3 分类

3.1 启动类加载器 Bootstrap Classloader

负责将存放在 JAVA_HOME/lib 目录的，或者被 -Xbootclasspath 参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。

BootstrapClassLoader 对 Java程序是不可见的，所以获取时返回了 null，我们也可以通过某一个类的加载器是否为 null 来作为判断该类是不是使用 BootstrapClassLoader 进行加载的依据

3.2 扩展类加载器 Extension ClassLoader

sun.misc.Launcher$ExtClassLoader ，负责加载 JAVA_HOME\lib\ext，java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

3.3 应用程序类加载器 Application ClassLoader

sun.misc.Launcher$AppClassLoader, 负责加载用户类路径上所指定的类库，可以直接使用这个类加载器。

3.4 系统类加载器system class loader

默认是应用程序类加载器

系统类加载器配置：

使用如下配置，可以将自定义的类加载器配置成系统类加载器

-Djava.system.class.loader=me.capthua.advancedjava.week1.classloader.MyClassLoader

此时，自定义类必须实现如下的构造方法


public MyClassLoader(ClassLoader classLoader){
    super(classLoader);
}

3.5 自定义类加载器

示例代码如下：


package me.ffulauh.javalang;
 
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
 
public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args)throws Exception {
        ClassLoader myLoader=new ClassLoader() {
            @Override
            public Class loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try {
                    String fileName=name.substring(name.lastIndexOf(".")+1)+".class";
                    InputStream is=getClass().getResourceAsStream(fileName);
                    if(is==null){
                        return super.loadClass(name);
                    }
                    byte[] b=new byte[is.available()];
                    is.read(b);
                    return defineClass(name,b,0,b.length);
                } catch (IOException e){
                    throw new ClassNotFoundException(name);
                }
 
            }
        };
        Object obj=myLoader.loadClass("me.ffulauh.javalang.ClassLoaderTest").newInstance();
        System.out.println(obj.getClass());
        //class me.ffulauh.javalang.ClassLoaderTest
        System.out.println(obj.getClass().getClassLoader());
        //me.ffulauh.javalang.ClassLoaderTest$1@d716361
        System.out.println(me.ffulauh.javalang.ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
        //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        System.out.println(obj instanceof me.ffulauh.javalang.ClassLoaderTest);
        //false
    }
}

上面自定义的类加载器的逻辑是：从资源文件中读入一个字节码文件的输入流，如果流为空，则让父类加载器加载，否则，由自定义的类加载器加载。

此逻辑为子类加载器优先加载。不属于双亲委派机制。当然这里的逻辑有开发者自定定义。也可以显然父类加载器加载。

自定义类加载器的父类加载器是应用程序类加载器：

4 类加载器源码分析

4.1 ClassLoader

ClassLoader中的主要方法为：loadClass(String name, boolean resolve) 方法中 resolve 表示是否连接，默认为 false

先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父加载器的loadClass()，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。findClass()需要子类实现。


ClassLoader.java
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;
    }
}
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    throw new ClassNotFoundException(name);
}

4.2 URLClassLoader

AppClassLoader，ExtClassLoader都继承URLClassLoader。

URLClassLoader 中的 findClass 调用的是 ClassLoader中的defineClass()，defineClass 中会调用 SecureClassLoader 中的 defineClass方法。


URLClassLoader.java
protected Class findClass(final String name)
    throws ClassNotFoundException
{
    ......
    return defineClass(name, res);
    ......
}
private Class defineClass(String name, Resource res) throws IOException {
    ......
    return defineClass(name, b, 0, b.length, cs);
    ......
}
 
SecureClassLoader.java
protected final Class defineClass(String name,
                                     byte[] b, int off, int len,
                                     CodeSource cs)
{
    return defineClass(name, b, off, len, getProtectionDomain(cs));
}

ClassLoader中的的 addURL(URL url)

这个方法是将特定的 url 添加到类加载器，这些 url 是用来搜索类与资源的。将类注入现有累加载器是会用到这个方法。


/**
 * Appends the specified URL to the list of URLs to search for classes and resources.
 * If the URL specified is null or is already in the list of URLs, or if this loader is closed, then invoking this method has no effect.
 */
protected void addURL(URL url) {
    ucp.addURL(url);
}

5.添加引用类的几种方式

1. 将类放到指定目录

放到 JDK 的 JAVA_HOME/lib/ext 下， -Djava.ext.dirs 指定目录， java -cp/classpath 指定类路径

2. 自定义 ClassLoader 加载

3. 将类注入已有的ClassLoader。拿到当前执行类的 ClassLoader，反射调用 defineClass 或者 addUrl方法让已有的类加载器加载新类。

代码如下：


ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
 
String byteFilePath = "E:\\ideaProjects\\tech4u\\src\\main\\java\\me\\ffulauh\\javalang\\jvm\\classloader" +
        "\\HelloWorld.class";
File byteFile=new File(byteFilePath);
byte[] classBytes= FileUtils.file2byte(byteFile);
String className="me.ffulauh.javalang.jvm.classloader.HelloWorld";
Method defineMethod = ClassLoader.class.getDeclaredMethod("defineClass",String.class,byte[].class,int.class,int.class);
defineMethod.setAccessible(true);
Class helloClazz =(Class) defineMethod.invoke(classLoader,className, classBytes, 0, classBytes.length);
Method method=helloClazz.getMethod("sayHello");
method.invoke(helloClazz.newInstance());
 
String jarFile="D:\\devtools\\repo\\com\\alibaba\\druid\\1.2.6\\druid-1.2.6.jar";
Class jarClazz=null;
Method addUrlMethod= URLClassLoader.class.getDeclaredMethod("addURL", URL.class);
addUrlMethod.setAccessible(true);
addUrlMethod.invoke(classLoader,new File(jarFile).toURI().toURL());
jarClazz=Class.forName("com.alibaba.druid.pool.DruidPooledStatement");
System.out.println(jarClazz);

6 遇到的问题

1. 如果一个类加载器已经加载了一个类，它再次调用defineClass()方法加载这个类时，会抛异常


Exception in thread "main" java.lang.LinkageError: loader (instance of  me/ffulauh/javalang/opbytecode/asm/simple/MyClassLoader): attempted  duplicate class definition for name: "me/ffulauh/javalang/opbytecode/asm/HelloWorld"
	at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
	at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:757)
	at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:636)
	at me.ffulauh.javalang.opbytecode.asm.simple.MyClassLoader.findClass(MyClassLoader.java:28)
	at me.ffulauh.javalang.opbytecode.asm.simple.MyClassLoader.loadClass(MyClassLoader.java:20)
	at me.ffulauh.javalang.opbytecode.asm.transform.ModifyMethodDemo.main(ModifyMethodDemo.java:38)

2. 在Tomcat 8中，处理请求的线程对应的类加载器为 TomcatEmbeddedWebappClassLoader，这个类加载器的 addURL方法是没有实现的。此时如果调用这个方法，是不会加载不到类的。

相关阅读:
CSS 元素的显示与隐藏
 对于L1正则化和L2正则化的理解
 【100天精通Python】Day72：Python可视化_一文掌握Seaborn库的使用《二》_分类数据可视化，线性模型和参数拟合的可视化，示例+代码
 gradle 常用命令
 面试官：什么是三色标记
 linux同步搭建多台服务器
 python 列表去重的5种方式
 注册树模式
 Q-M（Quine-McCluskey）两级逻辑化简算法原理解析
 ubuntu 安装 mariadb，如何创建用户，并远程连接
原文地址：https://blog.csdn.net/CaptHua/article/details/126509456