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Java中的類加載器
Java是一門面向?qū)ο缶幊陶Z言，那么大家知道 Java中的類加載器是什么呢?下面一起來看看!
從java的動態(tài)性到類加載機(jī)制
我們知道，Java是一種動態(tài)語言。那么怎樣理解這個“動態(tài)”呢?或者說一門語言具備了什么特性，才能稱之為動態(tài)語言呢?對于java，我是這樣理解的。
我們都知道JVM(java虛擬機(jī))執(zhí)行的不是本地機(jī)器碼指令，而是執(zhí)行一種稱之為字節(jié)碼的指令(存在于class文件中)。這就要求虛擬機(jī)在真正執(zhí)行字節(jié)碼之前，先把相關(guān)的class文件加載到內(nèi)存中。虛擬機(jī)不是一次性加載所有需要的class文件，因為它在執(zhí)行的時候根本不會知道以后會用到哪些class文件。它是每用到一個類，就會在運(yùn)行時“動態(tài)地”加載和這個類相關(guān)的class文件。這就是java被稱之為動態(tài)性語言的根本原因。除了動態(tài)加載類之外，還會動態(tài)的初始化類，對類進(jìn)行動態(tài)鏈接。動態(tài)初始化和動態(tài)鏈接放在其他文章中進(jìn)行介紹。本文中只關(guān)心類的加載。
在JVM中負(fù)責(zé)對類進(jìn)行加載的正是本文要介紹的類加載器(ClassLoader)，所以，類加載器是JVM不可或缺的重要組件。
java中的類加載器及類加載器工作原理
java中(指的是javase)有三種類加載器。每個類加載器在創(chuàng)建的時候已經(jīng)指定他們對應(yīng)的目錄, 也就是說每個類加載器去哪里加載類是確定的，我認(rèn)為在ClassLoader類中應(yīng)該會有g(shù)etTargetPath()之類的方法, 得到他們對應(yīng)的路徑，找了找jdk的文檔,發(fā)現(xiàn)是沒有的。以下是這三種類加載器和他們對應(yīng)的路徑：
* AppClassLoader -- 加載classpath指定的路徑中的類
* ExtClassLoader -- 加載jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下的類
* BootStrap -- 加載JRE/lib/rt.jar中的類
那么類加載器是如何工作的呢?可以參看jdk中ClassLoader類的源碼。這個類的實現(xiàn)使用了模板方法模式，首先是loadClass方法來加載類，loadClass方法又調(diào)用了findClass方法，該方法讀取并返回類文件的數(shù)據(jù)，findClass方法返回后，loadClass方法繼續(xù)調(diào)用defineClass方法，將返回的數(shù)據(jù)加工成虛擬機(jī)運(yùn)行時可識別的類型信息。所以，我們?nèi)绻_發(fā)自己的類加載器，只需要繼承jdk中的ClassLoader類，并覆蓋findClass方法就可以了，剩下的而工作，父類會完成。其他java平臺有的根據(jù)自己的需求，實現(xiàn)了自己特定的類加載器，例如javaee平臺中的tomcat服務(wù)器，Android平臺中的dalvik虛擬機(jī)也定義了自己的類加載器。
虛擬機(jī)加載類有兩種方式，一種方式就是上面提到的ClassLoader.loadClass()方法，另一種是使用反射API，Class.forName()方法，其實Class.forName()方法內(nèi)部也是使用的ClassLoader。Class類中forName方法的實現(xiàn)如下：
[java] view plain copypublic static Class forName(String name, boolean initialize,
ClassLoader loader)
throws ClassNotFoundException
{
if (loader == null) {
SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
if (sm != null) {
ClassLoader ccl = ClassLoader.getCallerClassLoader();
if (ccl != null) {
sm.checkPermission(
SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
}
}
}
return forName0(name, initialize, loader);
}
/** Called after security checks have been made. */
private static native Class forName0(String name, boolean initialize,
ClassLoader loader)
throws ClassNotFoundException;
類加載器的三個特性
類加載器有三個特性，分別為委派，可見性和單一性，其他文章上對這三個特性的介紹如下：
* 委托機(jī)制是指將加載一個類的請求交給父類加載器，如果這個父類加載器不能夠找到或者加載這個類，那么再加載它。
* 可見性的原理是子類的加載器可以看見所有的父類加載器加載的類，而父類加載器看不到子類加載器加載的類。
* 單一性原理是指僅加載一個類一次，這是由委托機(jī)制確保子類加載器不會再次加載父類加載器加載過的類。
其中，委派機(jī)制是基礎(chǔ)，在其他資料中也把這種機(jī)制叫做類加載器的雙親委派模型，其實說的是同一個意思�？杉有院蛦我恍允且蕾囉谖蓹C(jī)制的。
以下代碼測試類加載器的委派機(jī)制：
[java] view plain copyClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
//AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader
System.out.println(extClassLoader.getParent()); //null
//ExtClassLoader的父加載器是null, 也就是BootStrap,這是由c語言實現(xiàn)的
由打印結(jié)果可知，加載我們自己編寫的類的加載器是AppClassLoader，AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader，在而ExtClassLoader的父加載器返回結(jié)果為null，這說明他的附加載器是BootStrap，這個加載器是和虛擬機(jī)緊密聯(lián)系在一起的，在虛擬機(jī)啟動時，就會加載jdk中的類。它是由C實現(xiàn)的，沒有對應(yīng)的java對象，所以返回null。但是在邏輯上，BootStrap仍是ExtClassLoader的父加載器。也就是說每當(dāng)ExtClassLoader加載一個類時，總會委托給BootStrap加載。
系統(tǒng)類加載器和線程上下文類加載器
在java中，還存在兩個概念，分別是系統(tǒng)類加載器和線程上下文類加載器。
其實系統(tǒng)類加載器就是AppClassLoader應(yīng)用程序類加載器，它兩個值得是同一個加載器，以下代碼可以驗證：
[java] view plain copyClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
ClassLoader sysClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(sysClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
//由上面的驗證可知, 應(yīng)用程序類加載器和系統(tǒng)類加載器是相同的, 因為地址是一樣的
這兩個類加載器對應(yīng)的輸出，不僅類名相同，連對象的哈希值都是一樣的，這充分說明系統(tǒng)類加載器和應(yīng)用程序類加載器不僅是同一個類，更是同一個類的同一個對象。
每個線程都會有一個上下文類加載器,由于在線程執(zhí)行時加載用到的類,默認(rèn)情況下是父線程的上下文類加載器, 也就是AppClassLoader。
[java] view plain copynew Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
}
}).start();
這個子線程在執(zhí)行時打印的信息為sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f，可以看到和主線程中的AppClassLoader是同一個對象(哈希值相同)。
也可以為線程設(shè)置特定的類加載器，這樣的話，線程在執(zhí)行時就會使用這個特定的類加載器來加載使用到的類。如下代碼：
[java] view plain copyThread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74
}
});
th.setContextClassLoader(new ClassLoader() {});
th.start();
在線程運(yùn)行之前，為它設(shè)置了一個匿名內(nèi)部類的類加載器對象，線程運(yùn)行時，輸出的信息為：jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74，也就是我們設(shè)置的那個類加載器對象。
類加載器的可見性
下面驗證類加載器的可見性，也就是 子類的加載器可以看見所有的父類加載器加載的類，而父類加載器看不到子類加載器加載的類。
以下代碼使用父加載器ExtClassLoader加載子加載器AppClassLoader路徑下的類，由輸出可知，是不可能實現(xiàn)的。
[java] view plain copytry {
Class.forName("jg.zhang.java.testConcurrent.Person", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println("1 -- 類被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("1 -- 未找到類");
}
輸出為 ：1 -- 未找到類 。說明拋出了ClassNotFoundException異常。原因是讓ExtClassLoader加載 jg.zhang.java.testConcurrent.Person這個類因為這個類不在jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下，所以拋出ClassNotFoundException。所以父加載器不能加載應(yīng)該被子加載器加載的類。也就是說這個類在父加載器中不可見。這種機(jī)制依賴于委派機(jī)制。
下面代碼使用子加載器AppClassLoader 加載父加載器BootStrap中的類，這是可以實現(xiàn)的。
[java] view plain copytry {
Class.forName("java.lang.String", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
System.out.println("2 -- 類被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("2 -- 未找到類");
}
輸出為：2 -- 類被加載。說明成功加載了String類。是因為在指定由AppClassLoader加載String類時，由AppClassLoader一直委派到BootStrap加載。雖然是由子加載器的父加載器加載的，但是也可以說，父加載器加載的類對于子加載器來說是可見的。這同樣依賴于委派機(jī)制。其實在虛擬機(jī)啟動初期，java.lang.String已經(jīng)被BootStrap預(yù)加載了，這時再次加載，虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載，不會再重復(fù)加載。這同時也證明了類加載器的單一性。
測試代碼
到此為止，類加載器的知識就全部講完了。以下是整個測試代碼：
[java] view plain copypackage jg.zhang.java.testclassloader;
* Java類加載器基于三個機(jī)制：委托、可見性和單一性。
* 委托機(jī)制是指將加載一個類的請求交給父類加載器，如果這個父類加載器不能夠找到或者加載這個類，那么再加載它。
* 可見性的原理是子類的加載器可以看見所有的父類加載器加載的類，而父類加載器看不到子類加載器加載的類。
* 單一性原理是指僅加載一個類一次，這是由委托機(jī)制確保子類加載器不會再次加載父類加載器加載過的類。
*
* 三種類加載器: 每個類加載器在創(chuàng)建的時候已經(jīng)指定他們對應(yīng)的目錄, 也就是說每個類加載器去哪里加載類是確定的
* 我認(rèn)為在ClassLoader類中應(yīng)該會有g(shù)etTargetPath()之類的方法, 得到他們對應(yīng)的路徑,找了找jdk的文檔,發(fā)現(xiàn)是沒有的.
* AppClassLoader -- 加載classpath指定的路徑中的類
* ExtClassLoader -- 加載jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下的類
* BootStrap -- 加載JRE/lib/rt.jar中的類
*
*
*
* @author zhangjg
*
*/
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
test1();
test2();
test3();
}
/**
* 驗證線程上下文類加載器
*/
private static void test3() {
/**
* 1 每個線程都會有一個上下文類加載器,由于在線程執(zhí)行時加載用到的類,默認(rèn)情況下是父線程
* 的上下文類加載器, 也就是AppClassLoader
*/
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
}
}).start();
/**
* 2 也可以給創(chuàng)建的線程設(shè)定特定的上下文類加載器
*/
Thread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
System.out.println(threadcontextClassLosder); //jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74
}
});
th.setContextClassLoader(new ClassLoader() {});
th.start();
}
/**
* 測試可見性,可見性依賴于委托機(jī)制
*/
private static void test2() {
/**
* 1 讓ExtClassLoader加載 jg.zhang.java.testConcurrent.Person這個類
* 因為這個類不在jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下
* 所以拋出ClassNotFoundException
*
* 所以父加載器不能加載應(yīng)該被子加載器加載的類,這個類在父加載器中不可見
* 這種機(jī)制依賴于委派機(jī)制
*/
try {
Class.forName("jg.zhang.java.testConcurrent.Person", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println("1 -- 類被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("1 -- 未找到類");
}
/**
* 2 讓AppClassLoader加載java.lang.String類
* 沒有拋出異常,說明類被正常加載了
* 雖然是由AppClassLoader一直委派到BootStrap而加載的
* 所以可以說,父加載器加載的類對于子加載器來說是可見的,這同樣依賴于委派機(jī)制
*
* 其實在虛擬機(jī)啟動初期,java.lang.String已經(jīng)被BootStrap預(yù)加載了
* 這時再次加載,虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載,不會再重復(fù)加載
*/
try {
Class.forName("java.lang.String", true,
ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
System.out.println("2 -- 類被加載");
} catch (ClassNotFoundException e) {
//e.printStackTrace();
System.out.println("2 -- 未找到類");
}
}
/**
* 驗證三種類加載器的父子關(guān)系
*/
private static void test1() {
ClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
ClassLoader sysClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(sysClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
//由上面的驗證可知, 應(yīng)用程序類加載器和系統(tǒng)類加載器是相同的, 因為地址是一樣的
ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
System.out.println(extClassLoader); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
//AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader
System.out.println(extClassLoader.getParent()); //null
//ExtClassLoader的父加載器是null, 也就是BootStrap,這是由c語言實現(xiàn)的
}
}
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