java的类加载机制详解

左手的ㄟ右手 2022-05-19 22:29 190阅读 0赞

### 写在前面 ###

通过本文的学习,你将了解到;

1.什么是类加载器？类加载的作用？

2.类加载的机制是什么样的？

### 什么是类加载器 ###

类加载器，简称ClassLoader，ClassLoader的**主要作用是将class文件加载到jvm中**。

但是在jvm启动的时候，并不会一次性加载全部的class文件，class文件的加载是一个动态加载的过程。

class文件

我们在编写代码的时候，比如在eclipse,intelij等ide中写的都是java文件，需要编译成class文件，才能执行

![70][]

Test.java代码：

public class Test {
    	
    	     public static void main(String[] args) {
    			System.out.println("abc");
    		}
    
    }

通过在cmd中执行：

javac Test.java

就会生成Test.class文件

在cmd中执行：

java Test

则可打印出执行结果abc.

class文件是java文件编译后生成的字节码文件，因为jvm并不能识别我们写的源代码java文件，所以需要使用javac编译成java虚拟机可以识别运行的class文件。（其他语言生成的.class文件，java虚拟机也是可以识别运行的）

### java中默认的三个类加载器 ###

BootStrap ClassLoader，ExtClassLoader，AppClassLoader

BootStrap ClassLoader是最顶层的类加载器，是底层的一个实现，嵌入在jvm的内核当中，用c/c++编写，在java中找不到对应的实例。负责加载jdk中核心的类库比如：rt.jar，resources.jar

可以通过从属性sun.boot.class.path中看到BootStrap ClassLoader主要是从哪些地方加载相关的jar或class文件

System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

如下所示

D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\lib\resources.jar;
    D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\lib\rt.jar;
    D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\lib\sunrsasign.jar;
    D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\lib\jsse.jar;
    D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\lib\jce.jar;
    D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\lib\charsets.jar;
    D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\lib\jfr.jar;
    D:\MyEclipse 2016 CI\binary\com.sun.java.jdk8.win32.x86_64_1.8.0.u66\jre\classes

ExtClassLoader：Extension ClassLoader 扩展的类加载器，加载目录为：%JRE\_HOME%\\lib\\ext目录下的class文件。

AppClassLoader：加载当前应用中的classpath下的所有类

我们可以测试下：

public static void main(String[] args) {
    			System.out.println(Test.class.getClassLoader().toString());
    			System.out.println(String.class.getClassLoader().toString());
    		}

打印结果为：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@4e0e2f2a
    Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    	at test.Test.main(Test.java:10)

说明我们自己编写的Test类，是由AppClassLoader加载器进行加载的

但是String类，报的是空指针异常，原因就是上面提到的，String，Integer等都是BootStrap ClassLoader加载的。

可以看到：

static class ExtClassLoader extends URLClassLoader

static class AppClassLoader extends URLClassLoader

public class URLClassLoader extends SecureClassLoader implements Closeable

public class SecureClassLoader extends ClassLoader

ExtClassLoader和AppClassLoader最终都继承自ClassLoader，ClassLoader这个类中定义类加载的一些基本方法，具体代码我们在介绍完它的实现原理之后说明

### ClassLoader的类加载原理 ###

jvm中的类加载原理主要是双亲委托机制

![70 1][]

在当前需要加载某个类时，并不是当前类立马调用加载，而是向上委托，每个加载器都有自己的一个缓存，首先是App ClassLoader在自己的加载缓存中查找，没有找到就向Ext ClassLoader进行委托，Ext ClassLoader也在自己的加载缓存中查找，没有找到就向BootStrap ClassLoader进行委托，BootStrap ClassLoader也是在自己的加载缓存中查找，如果也没有找到，则回到这个加载类本身，它此时会自己去加载，如果还是没有加载到，则抛出ClassNotFoundException异常。如果找到了，就将其加载到内存中，并返回这个类在内存中的实例。整个过程是一个由下至上的委托过程，但是是一个由上至下的查找过程。

采用双亲委托模型的原因主要是杜绝重复加载，因为如果当前需要加载某个类时，自己就去加载，那么有可能父加载器已加载过，比如BootStrap ClassLoader在jvm启动的时候会加载String类，后面某个应用类需要使用String的时候，再次加载String类，则不合理。

那么jvm是怎么判断一个类有没有已经加载过的呢？这里除了判断class文件是一致的外，还需要是同一个类加载器加载的才行。比如App ClassLoader和某个自定义的类加载器都加载了同一个Test类，那这两个Test类不是同一个类型，jvm会认为它们是两个类。

执行代码：

public class Test {
    	
    	     public static void main(String[] args) {
    	    	 ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader();
    	    	 
    	    	 System.out.println(cl);
    	    	 System.out.println(cl.getParent());
    	    	 System.out.println(cl.getParent().getParent());
    	    	 System.out.println(cl.getParent().getParent().getParent());
    		}
    
    }

打印出：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@14dad5dc
    sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@368102c8
    null
    Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
    	at test.Test.main(Test.java:14)

第一行表示Test类是有AppClassLoader加载的

第二行表示Test类的父加载器，也就是AppClassLoader是由ExtClassLoader加载的

第三行表示ExtClassLoader的父加载器是null。之前已经提到，ExtClassLoader的父加载器是BootStrap ClassLoader，是jvm内核中的实现，所以这里显示为null。

**参考推荐**

[classloader加载机制][classloader]

[深入分析Java ClassLoader原理][Java ClassLoader]

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[70 1]: /images/20220520/166a9d3e13f34a64867db3d2cfab5526.png
[classloader]: http://www.tiantianbianma.com/java-classloader-detail.html/
[Java ClassLoader]: https://blog.csdn.net/xyang81/article/details/7292380