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Classloader总结

2016-12-13 12:56| 发布者: zhangjf| 查看: 601| 评论: 0

摘要: 类加载机制， 线程上下文加载器Thread.setContextClassLoader()， 自定义类加载器。 顾名思义， ClassLoader就是类加载器， 而类加载是java程序运行的第一步， 如果没有类加载器来加载类，那么再牛逼的java程序也 ...
类加载机制， 线程上下文加载器Thread.setContextClassLoader()， 自定义类加载器。

顾名思义， ClassLoader就是类加载器， 而类加载是java程序运行的第一步， 如果没有类加载器来加载类，那么再牛逼的java程序也运行不了， 可见类加载器的重要性。理解类加载器的加载机制， 可以很好的帮助我们理解java类的执行过程， 深入理解java的原理， 帮助我们写出更有效、更高效、更牛逼的程序。

委托机制

java的类加载器采用向上委托机制，需要加载一个类的时候，它的过程如下：

1. 先提交给父加载器去寻找这个类，父加载器再交给它的父加载器， 一直到最顶层的加载器BootstrapClassloader。

2. 如果BootstrapClassloader加载器找到， 那么就直接将加载后的代码交给发起加载过程的加载器去调用， 如果没找到，就交给BootstrapClassloader他的子加载器，也就是ExtClassloader去加载。

3. ExtClassloader如果加载成功， 就把加载后的代码交给发起加载过程的加载器去调用， 如果没找到，就交给ExtClassloader他的子加载器，也就是AppClassloader去加载。

4. AppClassloader重复BootstrapClassloader、ExtClassloader类似的过程， 直到加载类成功， 或者找不到目标类， 抛出ClassNotFoundException。

整个过程如下图所示：

Classloader总结

其中BootstrapClassloader是JVM提供的初始化类加载器， 它是所有类加载器的根， 随着jvm启动而启动。

加载目录

如上图中， 我们看到每个加载器加载类的目录都是指定好的， 这个指定好的目录是怎么来的呢？ 这里提供一段代码， 大家可以看输出结果和上图中的比较。

  1. @SuppressWarnings("restriction")
  2. public static void showClassLoaderPath() {
  3. System.out.println("BootstrapClassLoader: ");
  4. URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
  5. for(URL url : urls){
  6. System.out.println(url.getPath());
  7. }
  8. System.out.println("BootstrapClassloader的加载目录： " + System.getProperty("sun.boot.class.path"));
  9. System.out.println("----------------------------");
  10. URLClassLoader extClassLoader = (URLClassLoader)ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
  11. System.out.println(extClassLoader.getClass().getName() + ": ");
  12. urls = extClassLoader.getURLs();
  13. for(URL url : urls) {
  14. System.out.println(url);
  15. }
  16. System.out.println("ExtClassloader的加载目录： " + System.getProperty("java.ext.dirs"));
  17. System.out.println("----------------------------");
  18. URLClassLoader appClassLoader = (URLClassLoader)ClassLoader.getSystemClassLoader();
  19. System.out.println(appClassLoader.getClass().getName() + ": ");
  20. urls = appClassLoader.getURLs();
  21. for(URL url : urls) {
  22. System.out.println(url);
  23. }
  24. System.out.println("AppClassloader的加载目录： " + System.getProperty("java.class.path"));
  25. }
复制代码

输出结果如下：

  1. BootstrapClassLoader:
  2. /D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/resources.jar
  3. /D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/rt.jar
  4. /D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/sunrsasign.jar
  5. /D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/jsse.jar
  6. /D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/jce.jar
  7. /D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/charsets.jar
  8. /D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/classes
  9. BootstrapClassloader的加载目录： D:serverjavajdk1.6.0_10jrelibresources.jar;D:serverjavajdk1.6.0_10jrelibrt.jar;D:serverjavajdk1.6.0_10jrelibsunrsasign.jar;D:serverjavajdk1.6.0_10jrelibjsse.jar;D:serverjavajdk1.6.0_10jrelibjce.jar;D:serverjavajdk1.6.0_10jrelibcharsets.jar;D:serverjavajdk1.6.0_10jreclasses
  10. ----------------------------
  11. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader:
  12. file:/D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/ext/dnsns.jar
  13. file:/D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/ext/localedata.jar
  14. file:/D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar
  15. file:/D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/ext/sunmscapi.jar
  16. file:/D:/server/java/jdk1.6.0_10/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar
  17. ExtClassloader的加载目录： D:serverjavajdk1.6.0_10jrelibext;C:WINDOWSSunJavalibext
  18. ----------------------------
  19. sun.misc.Launcher$AppClassLoader:
  20. file:/D:/workspace/98_myproject/jtest/target/classes/
  21. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/aopalliance/aopalliance/1.0/aopalliance-1.0.jar
  22. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/ch/qos/logback/logback-classic/1.1.2/logback-classic-1.1.2.jar
  23. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/slf4j/slf4j-api/1.7.6/slf4j-api-1.7.6.jar
  24. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/ch/qos/logback/logback-core/1.1.2/logback-core-1.1.2.jar
  25. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/commons-codec/commons-codec/1.9/commons-codec-1.9.jar
  26. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/commons-lang/commons-lang/2.6/commons-lang-2.6.jar
  27. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/commons-logging/commons-logging/1.1.3/commons-logging-1.1.3.jar
  28. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/commons-configuration/commons-configuration/1.10/commons-configuration-1.10.jar
  29. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/apache/httpcomponents/fluent-hc/4.3.3/fluent-hc-4.3.3.jar
  30. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/apache/httpcomponents/httpclient/4.3.3/httpclient-4.3.3.jar
  31. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/apache/httpcomponents/httpcore/4.3.2/httpcore-4.3.2.jar
  32. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/apache/httpcomponents/httpclient-cache/4.3.3/httpclient-cache-4.3.3.jar
  33. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/apache/httpcomponents/httpmime/4.3.3/httpmime-4.3.3.jar
  34. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/quartz-scheduler/quartz/2.2.1/quartz-2.2.1.jar
  35. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/postgresql/postgresql/9.1-901-1.jdbc4/postgresql-9.1-901-1.jdbc4.jar
  36. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/commons-dbutils/commons-dbutils/1.5/commons-dbutils-1.5.jar
  37. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/c3p0/c3p0/0.9.1.2/c3p0-0.9.1.2.jar
  38. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/junit/junit/4.12-beta-2/junit-4.12-beta-2.jar
  39. file:/C:/Users/lenovo/.m2/repository/org/hamcrest/hamcrest-core/1.3/hamcrest-core-1.3.jar
  40. AppClassloader的加载目录： D:workspace98_myprojectjtesttargetclasses;C:Userslenovo.m2repositoryaopallianceaopalliance1.0aopalliance-1.0.jar;C:Userslenovo.m2repositorychqoslogbacklogback-classic1.1.2logback-classic-1.1.2.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorgslf4jslf4j-api1.7.6slf4j-api-1.7.6.jar;C:Userslenovo.m2repositorychqoslogbacklogback-core1.1.2logback-core-1.1.2.jar;C:Userslenovo.m2repositorycommons-codeccommons-codec1.9commons-codec-1.9.jar;C:Userslenovo.m2repositorycommons-langcommons-lang2.6commons-lang-2.6.jar;C:Userslenovo.m2repositorycommons-loggingcommons-logging1.1.3commons-logging-1.1.3.jar;C:Userslenovo.m2repositorycommons-configurationcommons-configuration1.10commons-configuration-1.10.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorgapachehttpcomponentsfluent-hc4.3.3fluent-hc-4.3.3.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorgapachehttpcomponentshttpclient4.3.3httpclient-4.3.3.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorgapachehttpcomponentshttpcore4.3.2httpcore-4.3.2.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorgapachehttpcomponentshttpclient-cache4.3.3httpclient-cache-4.3.3.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorgapachehttpcomponentshttpmime4.3.3httpmime-4.3.3.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorgquartz-schedulerquartz2.2.1quartz-2.2.1.jar;C:Userslenovo.m2repositorypostgresqlpostgresql9.1-901-1.jdbc4postgresql-9.1-901-1.jdbc4.jar;C:Userslenovo.m2repositorycommons-dbutilscommons-dbutils1.5commons-dbutils-1.5.jar;C:Userslenovo.m2repositoryc3p0c3p0.9.1.2c3p0-0.9.1.2.jar;C:Userslenovo.m2repositoryjunitjunit4.12-beta-2junit-4.12-beta-2.jar;C:Userslenovo.m2repositoryorghamcresthamcrest-core1.3hamcrest-core-1.3.jar
复制代码

可以看到和图中所示的各个类加载器加载范围是一致的， 同时我们也可以看到， jvm提供的加载器所加载的目录所对应的系统属性值。

依赖顺序

那么问题来了。 假如我们的项目有个依赖包A被放到了jre/lib/ext目录下， 而这个依赖包依赖的另一个依赖包B放在项目目录， 这个时候我们可以加在成功吗？

答案是不可以的。

因为java的类加载机制是向上委托， 而不是向下委托， 也就是说ExtClassloader可以调用BootstrapClassLoader加载的类， AppClassLoader可以调用ExtClassloader和BootstrapClassLoader加载的类， 而这个过程反过来是不行的。

在我们的这个问题中， 依赖包A被ExtClassloader加载， B被AppClassloader加载， 这个时候A要引用B包中的类， 按照我们上面讲的机制是不可以的。 当然它并不是绝对的， java提供了一种绕开上述机制的方法， 下面我们会讲到。

反向依赖

那么怎么可以突破向上委托这种机制呢？

JDK 1.2提供了一个叫线程上下文类加载器， 对应代码就是java.lang.Thread中的方法getContextClassLoader()和setContextClassLoader(ClassLoader cl)用来获取和设置线程的上下文类加载器。如果没有通过setContextClassLoader(ClassLoader cl)方法进行设置的话，线程将继承其父线程的上下文类加载器。Java 应用运行的初始线程的上下文类加载器是系统类加载器。

那么什么情况下以上类加载机制会失效呢？

线程上下文类加载器正好解决了这个问题。如果不做任何的设置，Java 应用的线程的上下文类加载器默认就是系统上下文类加载器。在 SPI 接口的代码中使用线程上下文类加载器，就可以成功的加载到 SPI 实现的类。线程上下文类加载器在很多 SPI 的实现中都会用到。

自定义类加载器

大多数情况下jdk提供的类加载器已经足够我们使用， 但是在某些特殊情况下， 需要我们编写自定义的类加载器来实现特定功能， 如OSGI框架。如我们在网络上传输类文件的时候对方加密了， 我们就要编写对应解密的类加载器来加载对方发过来的类。

自定义类加载器主要需要注意的就是继承ClassLoader， 并实现其中的findClass方法， 如下：

  1. public class MyClassLoader extends ClassLoader{
  2. @Override
  3. protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {}
  4. }
复制代码

这里再引用网络上其他人写好的一个类加载器示例来帮助大家更好的掌握自定义类加载器。
  1. public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader {
  3. private String rootDir;
  5. public FileSystemClassLoader(String rootDir) {
  6. this.rootDir = rootDir;
  7. }
  9. protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
  10. byte[] classData = getClassData(name);
  11. if (classData == null) {
  12. throw new ClassNotFoundException();
  13. }
  14. else {
  15. return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
  16. }
  17. }
  19. private byte[] getClassData(String className) {
  20. String path = classNameToPath(className);
  21. try {
  22. InputStream ins = new FileInputStream(path);
  23. ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
  24. int bufferSize = 4096;
  25. byte[] buffer = new byte[bufferSize];
  26. int bytesNumRead = 0;
  27. while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {
  28. baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
  29. }
  30. return baos.toByteArray();
  31. } catch (IOException e) {
  32. e.printStackTrace();
  33. }
  34. return null;
  35. }
  37. private String classNameToPath(String className) {
  38. return rootDir + File.separatorChar
  39. + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
  40. }
  41. }
复制代码
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