Java类加载器详解

Java虚拟机中的类加载有三大步骤：，链接，初始化．其中加载是指查找字节流（也就是由 Java 编译器生成的class文件）并据此创建类的过程，这中间我们需要借助类加载器来查找字节流．

Java虚拟机默认类加载器

Java虚拟机提供了3种类加载器，启动（Bootstrap）类加载器、扩展（Extension）类加载器、应用（Application）类加载器.除了启动类加载器外，其他的类加载器都是java.lang.ClassLoader的子类．启动类加载器由C++语言实现，没有对应的Java对象，它负责将 <JAVA_HOME>/lib路径下的核心类库或-Xbootclasspath参数指定的路径下的jar包加载到内存中．扩展类加载器是指sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类，由Java语言实现，是Launcher的静态内部类，它负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下或者由系统变量-Djava.ext.dir指定位路径中的类库，他的父类加载器是null．应用类加载器是指sun.misc.Launcher$AppClassLoader类，他负责加载应用程序路径下的类，这里路径指java -classpath或-D java.class.path 指定的路径，他的父类加载器是扩展类加载器.

注意这里面的父子类加载器并不是继承的关系，只是ClassLoader类中的parent属性．我们来看Launcher类中创建扩展类加载器的代码：

public ExtClassLoader(File[] var1) throws IOException {
      super(getExtURLs(var1), (ClassLoader)null, Launcher.factory);
      SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this).initLookupCache(this);
    }

这里设置了其父加载器为null．

双亲委派机制

Java虚拟机在加载类时默认采用的是双亲委派机制，即当一个类加载器接收到加载请求时，会将请求转发到父类加载器，如果父类加载器在路径下没有找到该类，才会交给子类加载器去加载．我们来看ClassLoader中laodClass方法：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先判断类是否已加载过，加载过就直接返回
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        //有父类加载器，调用父加载器的loadClass
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //调用Bootstrap Classloader
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //到自己指定类加载路径下查找是否有class字节码
                    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;
        }
    }

通过这种层级我们可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子类加载器再加载一次。其次也考虑到安全因素，比如我们自己写一个java.lang.String的类，通过双亲委派机制传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载我们新写的java.lang.String，而直接返回已加载过的String.class，这样保证生成的对象是同一种类型．

自定义类加载器

除了jvm自身提供的类加载器，我们还可以自定义类加载器，我们先写一个Person类

public class Person {

  private int age;

  private String name;

  //省略getter/setter方法
}

我们先看他是由哪个类加载器加载的．

public class TestJava {

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Person person = new Person();
    System.out.println("person是由" + person.getClass().getClassLoader() + "加载的");
  }
}

运行结果如下：

我们把Person.class放置在其他目录下

再运行会发生什么，在上面的loadClass方法中其实已经有了答案，会抛出ClassNotFoundException，因为在指定路径下查找不到字节码．

我们现在写一个自定义的类加载器，让他能够去加载person类，很简单，我们只需要继承ClassLoader并重写findClass方法，这里面写查找字节码的逻辑．

public class PersonCustomClassLoader extends ClassLoader {

  private String classPath;

  public PersonCustomClassLoader(String classPath) {
    this.classPath = classPath;
  }

  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);
      return defineClass(name, data, 0, data.length);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
      throw new ClassNotFoundException();
    }
  }
}

我们来测试一下：

public class TestJava {

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    PersonCustomClassLoader classLoader = new PersonCustomClassLoader("/home/shenxinjian");
    Class<?> pClass = classLoader.loadClass("me.shenxinjian.algorithm.Person");
    System.out.println("person是由" + pClass.getClassLoader() + "类加载器加载的");

  }
}

测试结果如下：

编写自定义类加载器的意义

• 当class文件不在classPath路径下，如上面那种情况，默认系统类加载器无法找到该class文件，在这种情况下我们需要实现一个自定义的classLoader来加载特定路径下的class文件来生成class对象。
• 当一个class文件是通过网络传输并且可能会进行相应的加密操作时，需要先对class文件进行相应的解密后再加载到JVM内存中，这种情况下也需要编写自定义的ClassLoader并实现相应的逻辑