Java的类加载机制原理

红太狼 2022-07-14 10:52 175阅读 0赞

**首先简要的说一下类加载器**

** **

我们知道，虚拟机的指令存储在以.class为扩展名的类文件中。那么虚拟机如何调用这些.class文件呢。先看一下虚拟机执行的步骤：

1.     虚拟机有一个有一个用于类加载的机制，用于从数据源中读取类文件，这个源可以是磁盘文件或者web上的文件，这里假设要加载的雷文佳是TestLoader。

2.     如果TestLoader这个类拥有类型为其他类的实例或者是某个类的子类，也就是说它和其他类产生关联或者依赖，那么相关的类也会被加载

3.     虚拟机执行TestLoader中的main方法

4.     如果main方法中有对其他类的依赖，那么加载相应的类。

可见联系虚拟机和我们的程序的“中间人”就是类加载器，用什么就加载什么。类加载器是有其自身的体系的。每一个[Java][]程序至少拥有三个类加载器：

**引导类加载器：**

** **

引导类加载器负责加载系统类，通常从rt.jar中加载，引导类加载器是隶属于虚拟机体系的一部分，而且实现通常是[C语言][C]实现的。引导类加载器没有对应的ClassLoader对象，例如：

System.out.println("----------[测试][Link 1]引导类加载器-------------");  
System.out.println("Class的加载器:"+Class.class.getClassLoader().getSystemClassLoader());  
System.out.println("TestLoader的加载器:"+TestLoader.class.getClassLoader());  
System.out.println("Stirng的类加载器:"+String.class.getClassLoader());  
System.out.println("ArrayList的类加载器:"+ArrayList.class.getClassLoader());  
System.out.println("----------测试引导类加载器-------------\\n");

那么对应的结果如下：

\----------测试引导类加载器-------------  
Class的加载器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1e87719  
TestLoader的加载器:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1e87719  
Stirng的类加载器:null  
ArrayList的类加载器:null  
\----------测试引导类加载器-------------

显然我们知道ArrayList,String以及基本类型的封装类是属于rt.jar的，这与结果符合。

**扩展类加载器：**

** **

扩展类加载器用于从jre/lib/ext目录加载扩展类。可以将你的jar放到这个目录下，这样就没有任何路径问题了，但有个问题要注意：如果将你的jar放到了jre/lib/ext下，如果你的类中调用了系统类或者其他扩展类，那么你就摊上事了，因为扩展类加载器并不使用类路径，这就导致，你是找不到的，所以在使用扩展路径来解决类文件冲突前，要考虑规避这个问题。

**系统类加载器：**

** **

系统类加载器用于加载应用类，可以找到classpath里面指定的jar中的类。

扩展类加载器和系统类加载器都是采用java实现的，都是URLClassLoader的实例，关系图呢，可以看下面的图所示，在这里可以看到AppClassLoader就是我们上面打印出来的系统类加载器，而他正是URLClassLoader的子类

![SouthEast][]

**类加载器的层次结构**

** **

类加载器有一个等级结构，可以认为默认的是上层优先的原则。除了引导类加载器外其他的类加载器都有一个父类加载器。根据规定，每个类加载器都会先为其父类加载器提供工作机会，如果父类不能完成此项任务，他才会自己去做。例如你要系统类加载器加载一个String类型时，首先系统类加载器，会让他的父亲即扩展类加载器去尝试加载，那么扩展类加载器也会让他的父亲——引导类加载器去尝试加载，引导类加载器是顶层的了，他一看这个任务是我的菜，那么他就会完成此项任务。

类的加载器层次结构如下如所示

![SouthEast 1][]

虽然大多数的时候你不必担心类加载的层次结构。通常类是由其他的类的需要而被加载的，而这个过程对于大多数人是透明的。但如果你想干涉这个过程，也是可以的。下面介绍如何自己去指定加载器。

这里就在一个main函数中说明。每一个线程都有一个对类的加载器的引用，称为上下文类加载器。

Thread t=Thread.currentThread();  
System.out.println("当前主线程的类加载器是："+t.getContextClassLoader());  
t.setContextClassLoader(new MyLoader("Hello world"));  
ClassLoader loader=t.getContextClassLoader();  
System.out.println("设置加载器，采用自己的类加载器："+t.getContextClassLoader());

这里先获取当前线程的类加载器，之后再指定为自己的类加载器。

这里说明一下，主线程的加载器是系统类加载器。当新建一个线程时，他的上下文加载器会被设定为创建者的上下文类加载器。因此如果你不去干预，那么依旧是系统类加载器。

如何实现自己的类加载器？

实现自己的类加载器实际很简单，只需要继承ClassLoader类即可，然后覆盖findClass方法即可。当调用我们的类加载器时，首先他会将这个工作交给父亲去做，父类中的LoadClass方法将去做，发现这个类没有加载过或者不能加载时，才去调用findClass方法。

FindClass方法要实现的任务是：

1.     加载字节码

2.     调用父类的definClass方法，向虚拟机提供字节码。

我的加载器

import java.io.ByteArrayOutputStream;  
import java.io.FileInputStream;  
import java.io.FileNotFoundException;  
import java.io.IOException;  
  
  
  
  
public class MyLoader extends ClassLoader\{  
  
  
private String key;  
public MyLoader(String key)\{  
this.key=key;  
System.out.println(key+" ,自己的类加载器被实例化了");  
\}  
@Override  
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException \{  
byte\[\] classbytes=null;  
classbytes=loadClassBytes(name);  
Class<?> cl=defineClass(null, classbytes, 0, classbytes.length);  
if(cl==null)\{  
System.out.println("失败");  
return null;  
\}  
return cl;  
\}  
//读取文件，返回字节数组  
private byte\[\] loadClassBytes(String name)\{  
FileInputStream in=null;  
try \{  
in=new FileInputStream(name);  
ByteArrayOutputStream buffer=new ByteArrayOutputStream();  
int ch;  
while((ch=in.read())!=-1)\{  
byte b=(byte) ch;  
buffer.write(b);  
\}  
in.close();  
return buffer.toByteArray();  
\} catch (FileNotFoundException e) \{  
// TODO Auto-generated catch block  
e.printStackTrace();  
\} catch (IOException e) \{  
// TODO Auto-generated catch block  
e.printStackTrace();  
\}  
return null;  
\}  
\}

被加载的类

public class ToBeLoad \{  
  
  
public static void main(String\[\] args) \{  
System.out.println("被加载的类main方法执行了");  
System.out.println(args\[0\]);  
  
  
\}  
  
  
\}

测试类：

import java.io.File;  
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;  
import java.lang.reflect.Method;  
import java.util.ArrayList;  
  
  
  
  
public class TestLoader \{  
  
  
public static void main(String\[\] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException \{  
System.out.println("----------测试引导类加载器-------------");  
System.out.println("Class的加载器:"+Class.class.getClassLoader().getSystemClassLoader());  
System.out.println("TestLoader的加载器:"+TestLoader.class.getClassLoader());  
System.out.println("Stirng的类加载器:"+String.class.getClassLoader());  
System.out.println("ArrayList的类加载器:"+ArrayList.class.getClassLoader());  
System.out.println("----------测试引导类加载器-------------\\n");  
  
  
File f=new File("E://WorkSpace//JavaSE//MyTest//bin//ToBeLoad.class");  
  
Thread t=Thread.currentThread();  
System.out.println("当前主线程的类加载器是："+t.getContextClassLoader());  
t.setContextClassLoader(new MyLoader("Hello world"));  
ClassLoader loader=t.getContextClassLoader();  
System.out.println("设置加载器，采用自己的类加载器："+t.getContextClassLoader());  
  
Class<?> c=loader.loadClass(f.getAbsolutePath());  
Method\[\] m=c.getMethods();  
m\[0\].invoke(null, (Object)new String\[\]\{"1"\});  
  
\}  
\}

[  
][Link 2]

[Java]: http://lib.csdn.net/base/java
[C]: http://lib.csdn.net/base/c
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/softwaretest
[SouthEast]: /images/20220714/16514debce5d42249dbcd3f8918a7c19.png
[SouthEast 1]: /images/20220714/8dee0b23d2254661b360bb906cb9fb75.png
[Link 2]: http://blog.csdn.net/hitxueliang/article/details/19992851#