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Java中的類(lèi)加載器
Java是一門(mén)面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，那么大家知道 Java中的類(lèi)加載器是什么呢?下面一起來(lái)看看!
從java的動(dòng)態(tài)性到類(lèi)加載機(jī)制
我們知道，Java是一種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言。那么怎樣理解這個(gè)“動(dòng)態(tài)”呢?或者說(shuō)一門(mén)語(yǔ)言具備了什么特性，才能稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)語(yǔ)言呢?對(duì)于java，我是這樣理解的。
我們都知道JVM(java虛擬機(jī))執(zhí)行的不是本地機(jī)器碼指令，而是執(zhí)行一種稱(chēng)之為字節(jié)碼的指令(存在于class文件中)。這就要求虛擬機(jī)在真正執(zhí)行字節(jié)碼之前，先把相關(guān)的class文件加載到內(nèi)存中。虛擬機(jī)不是一次性加載所有需要的class文件，因?yàn)樗趫?zhí)行的時(shí)候根本不會(huì)知道以后會(huì)用到哪些class文件。它是每用到一個(gè)類(lèi)，就會(huì)在運(yùn)行時(shí)“動(dòng)態(tài)地”加載和這個(gè)類(lèi)相關(guān)的class文件。這就是java被稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)性語(yǔ)言的根本原因。除了動(dòng)態(tài)加載類(lèi)之外，還會(huì)動(dòng)態(tài)的初始化類(lèi)，對(duì)類(lèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接。動(dòng)態(tài)初始化和動(dòng)態(tài)鏈接放在其他文章中進(jìn)行介紹。本文中只關(guān)心類(lèi)的加載。
在JVM中負(fù)責(zé)對(duì)類(lèi)進(jìn)行加載的正是本文要介紹的類(lèi)加載器(ClassLoader)，所以，類(lèi)加載器是JVM不可或缺的重要組件。
java中的類(lèi)加載器及類(lèi)加載器工作原理
java中(指的是javase)有三種類(lèi)加載器。每個(gè)類(lèi)加載器在創(chuàng)建的時(shí)候已經(jīng)指定他們對(duì)應(yīng)的目錄, 也就是說(shuō)每個(gè)類(lèi)加載器去哪里加載類(lèi)是確定的，我認(rèn)為在ClassLoader類(lèi)中應(yīng)該會(huì)有g(shù)etTargetPath()之類(lèi)的方法, 得到他們對(duì)應(yīng)的路徑，找了找jdk的文檔,發(fā)現(xiàn)是沒(méi)有的。以下是這三種類(lèi)加載器和他們對(duì)應(yīng)的路徑：
* AppClassLoader -- 加載classpath指定的路徑中的類(lèi)
* ExtClassLoader -- 加載jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下的類(lèi)
* BootStrap -- 加載JRE/lib/rt.jar中的類(lèi)
那么類(lèi)加載器是如何工作的呢?可以參看jdk中ClassLoader類(lèi)的源碼。這個(gè)類(lèi)的實(shí)現(xiàn)使用了模板方法模式，首先是loadClass方法來(lái)加載類(lèi)，loadClass方法又調(diào)用了findClass方法，該方法讀取并返回類(lèi)文件的數(shù)據(jù)，findClass方法返回后，loadClass方法繼續(xù)調(diào)用defineClass方法，將返回的數(shù)據(jù)加工成虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)可識(shí)別的類(lèi)型信息。所以，我們?nèi)绻_(kāi)發(fā)自己的類(lèi)加載器，只需要繼承jdk中的ClassLoader類(lèi)，并覆蓋findClass方法就可以了，剩下的而工作，父類(lèi)會(huì)完成。其他java平臺(tái)有的根據(jù)自己的需求，實(shí)現(xiàn)了自己特定的類(lèi)加載器，例如javaee平臺(tái)中的tomcat服務(wù)器，Android平臺(tái)中的dalvik虛擬機(jī)也定義了自己的類(lèi)加載器。
虛擬機(jī)加載類(lèi)有兩種方式，一種方式就是上面提到的ClassLoader.loadClass()方法，另一種是使用反射API，Class.forName()方法，其實(shí)Class.forName()方法內(nèi)部也是使用的ClassLoader。Class類(lèi)中forName方法的實(shí)現(xiàn)如下：
[java] view plain copypublic static Class forName(String name, boolean initialize,
ClassLoader loader)
throws ClassNotFoundException
{
if (loader == null) {
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
ClassLoader ccl = ClassLoader.getCallerClassLoader();
if (ccl != null) {
sm.checkPermission(
SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
}
}
}
return forName0(name, initialize, loader);
}
/** Called after security checks have been made. */
private static native Class forName0(String name, boolean initialize,
ClassLoader loader)
throws ClassNotFoundException;
類(lèi)加載器的三個(gè)特性
類(lèi)加載器有三個(gè)特性，分別為委派，可見(jiàn)性和單一性，其他文章上對(duì)這三個(gè)特性的介紹如下：
* 委托機(jī)制是指將加載一個(gè)類(lèi)的請(qǐng)求交給父類(lèi)加載器，如果這個(gè)父類(lèi)加載器不能夠找到或者加載這個(gè)類(lèi)，那么再加載它。
* 可見(jiàn)性的原理是子類(lèi)的加載器可以看見(jiàn)所有的父類(lèi)加載器加載的類(lèi)，而父類(lèi)加載器看不到子類(lèi)加載器加載的類(lèi)。
* 單一性原理是指僅加載一個(gè)類(lèi)一次，這是由委托機(jī)制確保子類(lèi)加載器不會(huì)再次加載父類(lèi)加載器加載過(guò)的類(lèi)。
其中，委派機(jī)制是基礎(chǔ)，在其他資料中也把這種機(jī)制叫做類(lèi)加載器的雙親委派模型，其實(shí)說(shuō)的是同一個(gè)意思�？杉有院蛦我恍允且蕾�(lài)于委派機(jī)制的。
以下代碼測(cè)試類(lèi)加載器的委派機(jī)制：
[java] view plain copyClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
//AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader
System.out.println(extClassLoader.getParent()); //null
//ExtClassLoader的父加載器是null, 也就是BootStrap,這是由c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的
由打印結(jié)果可知，加載我們自己編寫(xiě)的類(lèi)的加載器是AppClassLoader，AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader，在而ExtClassLoader的父加載器返回結(jié)果為null，這說(shuō)明他的附加載器是BootStrap，這個(gè)加載器是和虛擬機(jī)緊密聯(lián)系在一起的，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，就會(huì)加載jdk中的類(lèi)。它是由C實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的java對(duì)象，所以返回null。但是在邏輯上，BootStrap仍是ExtClassLoader的父加載器。也就是說(shuō)每當(dāng)ExtClassLoader加載一個(gè)類(lèi)時(shí)，總會(huì)委托給BootStrap加載。
系統(tǒng)類(lèi)加載器和線(xiàn)程上下文類(lèi)加載器
在java中，還存在兩個(gè)概念，分別是系統(tǒng)類(lèi)加載器和線(xiàn)程上下文類(lèi)加載器。
其實(shí)系統(tǒng)類(lèi)加載器就是AppClassLoader應(yīng)用程序類(lèi)加載器，它兩個(gè)值得是同一個(gè)加載器，以下代碼可以驗(yàn)證：
[java] view plain copyClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
ClassLoader sysClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(sysClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
//由上面的驗(yàn)證可知, 應(yīng)用程序類(lèi)加載器和系統(tǒng)類(lèi)加載器是相同的, 因?yàn)榈刂肥且粯拥?/p>
這兩個(gè)類(lèi)加載器對(duì)應(yīng)的輸出，不僅類(lèi)名相同，連對(duì)象的哈希值都是一樣的，這充分說(shuō)明系統(tǒng)類(lèi)加載器和應(yīng)用程序類(lèi)加載器不僅是同一個(gè)類(lèi)，更是同一個(gè)類(lèi)的同一個(gè)對(duì)象。
每個(gè)線(xiàn)程都會(huì)有一個(gè)上下文類(lèi)加載器,由于在線(xiàn)程執(zhí)行時(shí)加載用到的類(lèi),默認(rèn)情況下是父線(xiàn)程的上下文類(lèi)加載器, 也就是AppClassLoader。
[java] view plain copynew Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
}
}).start();
這個(gè)子線(xiàn)程在執(zhí)行時(shí)打印的信息為sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f，可以看到和主線(xiàn)程中的AppClassLoader是同一個(gè)對(duì)象(哈希值相同)。
也可以為線(xiàn)程設(shè)置特定的類(lèi)加載器，這樣的話(huà)，線(xiàn)程在執(zhí)行時(shí)就會(huì)使用這個(gè)特定的類(lèi)加載器來(lái)加載使用到的類(lèi)。如下代碼：
[java] view plain copyThread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74
}
});
th.setContextClassLoader(new ClassLoader() {});
th.start();
在線(xiàn)程運(yùn)行之前，為它設(shè)置了一個(gè)匿名內(nèi)部類(lèi)的類(lèi)加載器對(duì)象，線(xiàn)程運(yùn)行時(shí)，輸出的信息為：jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74，也就是我們?cè)O(shè)置的那個(gè)類(lèi)加載器對(duì)象。
類(lèi)加載器的可見(jiàn)性
下面驗(yàn)證類(lèi)加載器的可見(jiàn)性，也就是 子類(lèi)的加載器可以看見(jiàn)所有的父類(lèi)加載器加載的類(lèi)，而父類(lèi)加載器看不到子類(lèi)加載器加載的類(lèi)。
以下代碼使用父加載器ExtClassLoader加載子加載器AppClassLoader路徑下的類(lèi)，由輸出可知，是不可能實(shí)現(xiàn)的。
[java] view plain copytry {
Class.forName("jg.zhang.java.testConcurrent.Person", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println("1 -- 類(lèi)被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("1 -- 未找到類(lèi)");
}
輸出為 ：1 -- 未找到類(lèi) 。說(shuō)明拋出了ClassNotFoundException異常。原因是讓ExtClassLoader加載 jg.zhang.java.testConcurrent.Person這個(gè)類(lèi)因?yàn)檫@個(gè)類(lèi)不在jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下，所以?huà)伋鯟lassNotFoundException。所以父加載器不能加載應(yīng)該被子加載器加載的類(lèi)。也就是說(shuō)這個(gè)類(lèi)在父加載器中不可見(jiàn)。這種機(jī)制依賴(lài)于委派機(jī)制。
下面代碼使用子加載器AppClassLoader 加載父加載器BootStrap中的類(lèi)，這是可以實(shí)現(xiàn)的。
[java] view plain copytry {
Class.forName("java.lang.String", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
System.out.println("2 -- 類(lèi)被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("2 -- 未找到類(lèi)");
}
輸出為：2 -- 類(lèi)被加載。說(shuō)明成功加載了String類(lèi)。是因?yàn)樵谥付ㄓ葾ppClassLoader加載String類(lèi)時(shí)，由AppClassLoader一直委派到BootStrap加載。雖然是由子加載器的父加載器加載的，但是也可以說(shuō)，父加載器加載的類(lèi)對(duì)于子加載器來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的。這同樣依賴(lài)于委派機(jī)制。其實(shí)在虛擬機(jī)啟動(dòng)初期，java.lang.String已經(jīng)被BootStrap預(yù)加載了，這時(shí)再次加載，虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載，不會(huì)再重復(fù)加載。這同時(shí)也證明了類(lèi)加載器的單一性。
測(cè)試代碼
到此為止，類(lèi)加載器的知識(shí)就全部講完了。以下是整個(gè)測(cè)試代碼：
[java] view plain copypackage jg.zhang.java.testclassloader;
* Java類(lèi)加載器基于三個(gè)機(jī)制：委托、可見(jiàn)性和單一性。
* 委托機(jī)制是指將加載一個(gè)類(lèi)的請(qǐng)求交給父類(lèi)加載器，如果這個(gè)父類(lèi)加載器不能夠找到或者加載這個(gè)類(lèi)，那么再加載它。
* 可見(jiàn)性的原理是子類(lèi)的加載器可以看見(jiàn)所有的父類(lèi)加載器加載的類(lèi)，而父類(lèi)加載器看不到子類(lèi)加載器加載的類(lèi)。
* 單一性原理是指僅加載一個(gè)類(lèi)一次，這是由委托機(jī)制確保子類(lèi)加載器不會(huì)再次加載父類(lèi)加載器加載過(guò)的類(lèi)。
*
* 三種類(lèi)加載器: 每個(gè)類(lèi)加載器在創(chuàng)建的時(shí)候已經(jīng)指定他們對(duì)應(yīng)的目錄, 也就是說(shuō)每個(gè)類(lèi)加載器去哪里加載類(lèi)是確定的
* 我認(rèn)為在ClassLoader類(lèi)中應(yīng)該會(huì)有g(shù)etTargetPath()之類(lèi)的方法, 得到他們對(duì)應(yīng)的路徑,找了找jdk的文檔,發(fā)現(xiàn)是沒(méi)有的.
* AppClassLoader -- 加載classpath指定的路徑中的類(lèi)
* ExtClassLoader -- 加載jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下的類(lèi)
* BootStrap -- 加載JRE/lib/rt.jar中的類(lèi)
*
*
*
* @author zhangjg
*
*/
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
test1();
test2();
test3();
}
/**
* 驗(yàn)證線(xiàn)程上下文類(lèi)加載器
*/
private static void test3() {
/**
* 1 每個(gè)線(xiàn)程都會(huì)有一個(gè)上下文類(lèi)加載器,由于在線(xiàn)程執(zhí)行時(shí)加載用到的類(lèi),默認(rèn)情況下是父線(xiàn)程
* 的上下文類(lèi)加載器, 也就是AppClassLoader
*/
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
}
}).start();
/**
* 2 也可以給創(chuàng)建的線(xiàn)程設(shè)定特定的上下文類(lèi)加載器
*/
Thread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74
}
});
th.setContextClassLoader(new ClassLoader() {});
th.start();
}
/**
* 測(cè)試可見(jiàn)性,可見(jiàn)性依賴(lài)于委托機(jī)制
*/
private static void test2() {
/**
* 1 讓ExtClassLoader加載 jg.zhang.java.testConcurrent.Person這個(gè)類(lèi)
* 因?yàn)檫@個(gè)類(lèi)不在jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下
* 所以?huà)伋鯟lassNotFoundException
*
* 所以父加載器不能加載應(yīng)該被子加載器加載的類(lèi),這個(gè)類(lèi)在父加載器中不可見(jiàn)
* 這種機(jī)制依賴(lài)于委派機(jī)制
*/
try {
Class.forName("jg.zhang.java.testConcurrent.Person", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println("1 -- 類(lèi)被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("1 -- 未找到類(lèi)");
}
/**
* 2 讓AppClassLoader加載java.lang.String類(lèi)
* 沒(méi)有拋出異常,說(shuō)明類(lèi)被正常加載了
* 雖然是由AppClassLoader一直委派到BootStrap而加載的
* 所以可以說(shuō),父加載器加載的類(lèi)對(duì)于子加載器來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的,這同樣依賴(lài)于委派機(jī)制
*
* 其實(shí)在虛擬機(jī)啟動(dòng)初期,java.lang.String已經(jīng)被BootStrap預(yù)加載了
* 這時(shí)再次加載,虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載,不會(huì)再重復(fù)加載
*/
try {
Class.forName("java.lang.String", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
System.out.println("2 -- 類(lèi)被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("2 -- 未找到類(lèi)");
}
}
/**
* 驗(yàn)證三種類(lèi)加載器的父子關(guān)系
*/
private static void test1() {
ClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
ClassLoader sysClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(sysClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
//由上面的驗(yàn)證可知, 應(yīng)用程序類(lèi)加載器和系統(tǒng)類(lèi)加載器是相同的, 因?yàn)榈刂肥且粯拥?/p>
ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
//AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader
System.out.println(extClassLoader.getParent()); //null
//ExtClassLoader的父加載器是null, 也就是BootStrap,這是由c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的
}
}
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