类加载器入门级应用

1、类加载器负责加载 Java 类的字节代码到 Java 虚拟机中。最初是为了满足 Java Applet的需要而开发出来的，
  Java Applet需要从远程下载Java类文件到浏览器中并执行。类加载器使得Java类可以被动态加载到Java虚拟机中并执行。

2、基本上所有的类加载器都是java.lang.ClassLoader类的一个实例，java.lang.ClassLoader类的基本职责
就是根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义出一个Java类，
即java.lang.Class类的一个实例。除此之外，ClassLoader还负责加载Java应用所需的资源，
如图像文件和配置文件等。
ClassLoader中与加载类相关的方法如下：
（1）getParent() 返回该类加载器的父类加载器。 
（2）loadClass(String name) 加载名称为 name的类。
（3）findClass(String name) 查找名称为 name的类。
（4）findLoadedClass(String name) 查找名称为 name的已经被加载过的类。
（5）defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) 把字节数组 b中的内容转换成 Java类。
（6）resolveClass(Class<?> c) 链接指定的 Java 类。

 

3、java虚拟机中可以安装多个类加载，系统默认三个主要类加载器，每个类负责加载特定位置的类：
（1）引导类加载器（BootStrp）：
   它用来加载 Java的核心库，是用C++来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader,
   主要加载目录JRE/lib/rt.jar
（2）扩展类加载器（ExtClassLoader）：
    它用来加载 Java 的扩展库。主要加载目录JRE/lib/ext/*.jar。
（3）系统类加载器（AppClassLoader）：
   它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类，主要加载目录CLASSPATH指定的所有jar或目录。
  Java 应用的类都是由它来完成加载的，可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

4. 除了引导类加载器（BootStrp）之外，所有的类加载器都有一个父类加载器。可通过getParent()方法得到父类加载器。
   JDK 的实现对于父类加载器是引导类加载器（BootStrp）的情况，getParent()方法返回 null。例：

public class ClassLoaderTree {
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader();
        while (loader != null) {
            System.out.println(loader.toString());
            loader = loader.getParent();
        }
    }
}

public class ClassLoaderTree {
	public static void main(String[] args) { 
        ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader(); 
        while (loader != null) { 
            System.out.println(loader.toString()); 
            loader = loader.getParent(); 
        } 
    } 
}

 输出结果如下：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@187c6c7
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@10b62c9

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@187c6c7
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@10b62c9

 

5、类加载器的委托机制
   当Java虚拟机要加载一个类时，首先当前线程的类加载器去加载线程中的第一个类，如果类A中引用了类B，
Java虚拟机将使用加载类A的加载器来加载类B.也可以直接使用loadClass()方法直接指定某个类加载器去加载某个类。
每个类加载器加载类时，会先委托给其上级类加载器，当所有上级类加载器没有加载到类时，回到发起者类加载器，
如果发起者类加载器还加载不了，则抛出ClassNotFoundException。

 

6、Java 虚拟机是如何判定两个 Java 类是相同的，Java 虚拟机不仅要看类的全名是否相同，
还要看加载此类的类加载器是否一样。只有两者都相同的情况，才认为两个类是相同的。即便是同样的字节代码，
被不同的类加载器加载之后所得到的类，也是不同的。
为了保证Java核心库的类型安全。所有 Java 应用都至少需要引用 java.lang.Object类，
也就是说在运行的时候，java.lang.Object这个类需要被加载到 Java 虚拟机中。如果这个加载过程由Java应用
自己的类加载器来完成的话，很可能就存在多个版本的 java.lang.Object类，而且这些类之间是不兼容的。
通过代理模式，对于Java核心库的类的加载工作由引导类加载器来统一完成，保证了 Java 应用所使用的
都是同一个版本的 Java 核心库的类，是互相兼容的。

 

7、Class.forName
Class.forName是一个静态方法，同样可以用来加载类。该方法有两种形式：

Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)

Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)

 第一种形式的参数 name表示的是类的全名；initialize表示是否初始化类；loader表示加载时使用的类加载器。

Class.forName(String className)

Class.forName(String className)

 第二种形式则相当于设置了参数 initialize的值为 true，loader的值为当前类的类加载器。

Class.forName的一个很常见的用法是在加载数据库驱动的时候。如

Class.forName("org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver").newInstance()

Class.forName("org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver").newInstance()

 用来加载 Apache Derby 数据库的驱动。

 

8、编写自己的类加载器
一般来说，自己开发的类加载器只需要覆写 findClass(String name)方法即可。
java.lang.ClassLoader类的方法 loadClass()封装了前面提到的代理模式的实现，
该方法会首先调用 findLoadedClass()方法来检查该类是否已经被加载过；如果没有加载过的话，
会调用父类加载器的 loadClass()方法来尝试加载该类；如果父类加载器无法加载该类的话，
就调用 findClass()方法来查找该类。因此，为了保证类加载器都正确实现代理模式，在开发自己的类加载器时，
最好不要覆写 loadClass()方法，而是覆写 findClass()方法。例：

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader {
    private String rootDir;
    public FileSystemClassLoader(String rootDir) {
        this.rootDir = rootDir;
    }
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] classData = getClassData(name);
        if (classData == null) {
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        else {
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        }
    }
    private byte[] getClassData(String className) {
        String path = classNameToPath(className);
        try {
            InputStream ins = new FileInputStream(path);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int bufferSize = 4096;
            byte[] buffer = new byte[bufferSize];
            int bytesNumRead = 0;
            while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {
                baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
            }
            return baos.toByteArray();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
    private String classNameToPath(String className) {
        return rootDir + File.separatorChar
                + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
    }
}

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader { 
    private String rootDir; 
    public FileSystemClassLoader(String rootDir) { 
        this.rootDir = rootDir; 
    } 
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
        byte[] classData = getClassData(name); 
        if (classData == null) { 
            throw new ClassNotFoundException(); 
        } 
        else { 
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length); 
        } 
    } 
    private byte[] getClassData(String className) { 
        String path = classNameToPath(className); 
        try { 
            InputStream ins = new FileInputStream(path); 
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream(); 
            int bufferSize = 4096; 
            byte[] buffer = new byte[bufferSize]; 
            int bytesNumRead = 0; 
            while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) { 
                baos.write(buffer, 0, bytesNumRead); 
            } 
            return baos.toByteArray(); 
        } catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        return null; 
    } 
    private String classNameToPath(String className) { 
        return rootDir + File.separatorChar 
                + className.replace('.', File.separatorChar) + ".class"; 
    } 
}

 

8.Tomcat6的类加载器（从上至下）
（1）BootStrapClassLoader，Java的核心库，实际没有这个类
（2）ExtensionClassLoader，对于Sun JVM，是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader，加载 Java 的扩展库。                     
（3） SystemClassLoader，对于Sun JVM，是sun.misc.Launcher$AppClassLoader，加载java的应用库。                     
（4） CommonClassLoader，对于Tomcat 6，是org.apache.catalina.loader.StandardClassLoader，
加载的类目录通过{tomcat}/conf/catalina.properties中的common.loader指定，
以SystemClassLoader为parent(目前默认定义是common.loader=${catalina.base}/lib,
${catalina.base}/lib/*.jar,${catalina.home}/lib,${catalina.home}/lib/*.jar)
（5） CatalinaClassLoader，加载的类目录通过{tomcat}/conf/catalina.properties中server.loader指定，
 以CommonClassLoader为parent，如果server.loader配置为空，
 则ServerClassLoader 与CommonClassLoader是同一个(默认server.loader配置为空)
（6） SharedClassLoader：加载的类目录通过{tomcat}/conf/catalina.properties中share.loader指定，
 以CommonClassLoader为parent，如果server.loader配置为空，
 则CatalinaClassLoader 与CommonClassLoader是同一个(默认share.loader配置为空)
（7） WebappClassLoader：每个Context一个WebappClassLoader实例，
 负责加载context的/WEB-INF/lib和/WEB-INF/classes目录，
 context间的隔离就是通过不同的WebappClassLoader来做到的。
 由于类定义一旦加载就不可改变，因此要实现tomcat的context的reload功能，
 实际上是通过新建一个新的WebappClassLoader来做的，
 因此reload的做法实际上代价是很高昂的，需要注意的是，JVM内存的Perm区是只吃不拉的，
 抛弃掉的WebappClassLoader加载的类并不会被JVM释放，
 因此tomcat的reload功能如果应用定义的类比较多的话，reload几次就OutOfPermSpace异常了。
（8）JasperLoader：每个JSP一个JasperLoader实例，与WebappClassLoader做法类似，
JSP支持修改生效是通过丢弃旧的JasperLoader，建一个新的JasperLoader来做到的，
同样的，存在轻微的PermSpace的内存泄露的情况。