JAVA CLASS LOADER

JAVA CLASS LOADER

出处:http://www.iteye.com/topic/1005717

1. ClassLoader 

  类加载器(class loader)用来加载 Java 类到 Java 虚拟机中。Java 源程序(.java 文件)在经过 Java 编译器编译之后就被转换成 Java 字节代码(.class 文件)。类加载器负责读取 Java 字节代码,并转换成 java.lang.Class 类的一个实例。 




2. ClassLoader Hierarchy 


  JVM在加载类时,使用的是双亲委托模式(delegation model),也就是说除了Bootstrap ClassLoader之外,每个ClassLoader都有一个Parent ClassLoader。ClassLoader是按需进行加载class文件。当ClassLoader试图加载一个类时,首先检查本地缓冲,查看类是否已被加载,如果类没有被加载,尝试委托给父ClassLoader进行加载,如果父ClassLoader加载失败,才会由该ClassLoader进行加载,从而避免了重复加载的问题。一下为类装载器层次图: 




JAVA CLASS LOADER
 




  Bootstrap ClassLoader:负责加载java_home/lib目录下的核心类或- Xbootclasspath指定目录下的类。 


  Extension ClassLoader:负责加载java_home/lib/ext目录下的扩展类或 -Djava.ext.dirs 指定目录下的类。 


  System ClassLoader:负责加载-classpath/-Djava.class.path所指的目录下的类。 


  如果类App1在本地缓冲中没有class文件(没有被加载),那么它会自底向上依次查找是否已经加载了类,如果已经加载,则直接返回该类实例的引用。如果BootstrapClassLoader也未成功加载该类,那么会抛出异常,然后自顶向下依次尝试加载,如果到App1 ClassLoader还没有加载成功,那么会抛出ClassNotFoundException异常给调用者。 

Java代码  
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  1. public static void main(String[] args) {  
  2.         ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();  
  3.         while(cl != null){  
  4.             System.out.println(cl);  
  5.             System.out.println(“parent class loader: “ + cl.getParent());  
  6.             cl = cl.getParent();  
  7.         }  
  8.     }  


Java代码  
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  1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f  
  2. parent class loader: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1  
  3. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1  
  4. parent class loader: null  



  我们看到,当前系统类装载器为AppClassLoader,AppClassLoader的父类装载器是ExtClassLoader,ExtClassLoader的父装载器为null,表示为BootstrapClassLoader。BootstrapClassLoader由JVM采用本地代码实现,因此没有对应的Java类,所以ExtClassLoader的getParent()返回null。 


  ClassLoader的职责之一是保护系统名字空间。以下为ClassLoader类部分代码: 

Java代码  
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  1. private ProtectionDomain preDefineClass(String name,  
  2.                         ProtectionDomain protectionDomain)  
  3.     {  
  4.     if (!checkName(name))  
  5.         throw new NoClassDefFoundError(“IllegalName: “ + name);  
  6.   
  7.     if ((name != null) && name.startsWith(“java.”)) {  
  8.         throw new SecurityException(“Prohibited package name: “ +  
  9.                     name.substring(0, name.lastIndexOf(‘.’)));  
  10.     }  
  11.     if (protectionDomain == null) {  
  12.         protectionDomain = getDefaultDomain();  
  13.     }  
  14.   
  15.     if (name != null)  
  16.         checkCerts(name, protectionDomain.getCodeSource());  
  17.   
  18.     return protectionDomain;  
  19.     }  



  那么,当我们定义如下类Foo,虽然能够通过编译,但是会报java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.lang异常,因为我们试图将Foo类写入到java.lang包下。 

Java代码  
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  1. package java.lang;  
  2.   
  3. public class Foo {  
  4.       
  5.     public static void main(String args[]) throws Exception {  
  6.         Foo f = new Foo();  
  7.         System.out.println(f.toString());  
  8.     }  
  9. }  





3. 定制ClassLoader 


  Java自带的ClassLoader类的定义为: 

Java代码  
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  1. public abstract class ClassLoader{   
  2. }  



启动类加载器是JVM通过调用ClassLoader.loadClass()方法。 

Java代码  
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  1. public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
  2.     return loadClass(name, false);  
  3.     }  
  4.   
  5. protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  
  6.     throws ClassNotFoundException  
  7.     {  
  8.     // First, check if the class has already been loaded  
  9.     Class c = findLoadedClass(name);  
  10.     if (c == null) {  
  11.         try {  
  12.         if (parent != null) {  
  13.             c = parent.loadClass(name, false);  
  14.         } else {  
  15.             c = findBootstrapClass0(name);  
  16.         }  
  17.         } catch (ClassNotFoundException e) {  
  18.             // If still not found, then invoke findClass in order  
  19.             // to find the class.  
  20.             c = findClass(name);  
  21.         }  
  22.     }  
  23.     if (resolve) {  
  24.         resolveClass(c);  
  25.     }  
  26.     return c;  
  27.     }  
  28.   
  29. protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
  30.     throw new ClassNotFoundException(name);  
  31.     }  



loadClass(String name, boolean resolve)方法中的resolve如果为true,表示分析这个Class对象,包括检查Class Loader是否已经初始化等。loadClass(String name) 在加载类之后不会对该类进行初始化,直到第一次使用该类时,才会对该类进行初始化。 


那么,我们在定制ClassLoader的时候,通常只需要覆写findClass(String name)方法。在findClass(String name)方法内,我们可以通过文件、网络(URL)等形式获取字节码。以下为获取字节码的方法: 

Java代码  
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  1. public InputStream getResourceAsStream(String name);  
  2. public URL getResource(String name);  
  3. public InputStream getResourceAsStream(String name);  
  4. public Enumeration<URL> getResources(String name) throws IOException;  



在取得字节码后,需要调用defineClass()方法将字节数组转换成Class对象,该方法签名如下: 

Java代码  
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  1. protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,  
  2.                      ProtectionDomain protectionDomain)  
  3.     throws ClassFormatError  



对于相同的类,JVM最多会载入一次。如果同一个class文件被不同的ClassLoader载入(定义),那么载入后的两个类是完全不同的。 

Java代码  
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  1. public class Foo{  
  2.     //  
  3.     private static final AtomicInteger COUNTER = new AtomicInteger(0);  
  4.   
  5.     public Foo() {  
  6.         System.out.println(“counter: “ + COUNTER.incrementAndGet());  
  7.     }  
  8.       
  9.     public static void main(String args[]) throws Exception {  
  10.         URL urls[] = new URL[]{
    new URL(“file:/c:/”)};  
  11.         URLClassLoader ucl1 = new URLClassLoader(urls);  
  12.         URLClassLoader ucl2 = new URLClassLoader(urls);  
  13.         Class<?> c1 = ucl1.loadClass(“Foo”);  
  14.         Class<?> c2 = ucl2.loadClass(“Foo”);  
  15.         System.out.println(c1 == c2);  
  16.         c1.newInstance();  
  17.         c2.newInstance();  
  18.     }  
  19. }  



以上程序需要保证Foo.class文件不在classpath路径下。从而使AppClassLoader无法加载Foo.class。 


输出结果: 

Java代码  
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  1. false  
  2. counter: 1  
  3. counter: 1  





4. Web应用的ClassLoader 


  绝大多数的EJB容器,Servlet容器等都会提供定制的ClassLoader,来实现特定的功能。但是通常情况下,所有的servlet和filter使用一个ClassLoader。每个jsp都使用一个独立的ClassLoader。 




5. 隐式(implicit)和显示(explicit)的加载 


  隐式加载:我们使用new关键字实例化一个类,就是隐身的加载了类。 


  显示加载分为两种: 


     java.lang.Class的forName()方法; 


     java.lang.ClassLoader的loadClass()方法。 


  Class.forName()方法有两个重载的版本: 

Java代码  
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  1.  public static Class<?> forName(String className)   
  2.                 throws ClassNotFoundException {  
  3.         return forName0(className, true, ClassLoader.getCallerClassLoader());  
  4.     }  
  5.   
  6. public static Class<?> forName(String name, boolean initialize,  
  7.                    ClassLoader loader)  
  8.         throws ClassNotFoundException  



可以看出,forName(String className)默认以true和ClassLoader.getCallerClassLoader()调用了三参数的重载方法。ClassLoader.getCallerClassLoader()表示以caller class loader加载类,并会初始化类(即静态变量会被初始化,静态初始化块中的代码也会被执行)。如果以false和ClassLoader.getCallerClassLoader()调用三参数的重载方法,表示加载后的类不会被初始化。 


ClassLoader.loadClass()方法在类加载后,也同样不会初始化类。 




6. 两个异常(exception) 


  NoClassDefFoundError: 当java源文件已编译成.class文件,但是ClassLoader在运行期间搜寻路径load某个类时,没有找到.class文件则抛出这个异常。 


  ClassNotFoundException: 试图通过一个String变量来创建一个Class类时不成功则抛出这个异常

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