java类加载器原理1

 

这篇文章试图解决下面一些问题：
类加载原理
引导类加载器，扩展类加载器和系统类加载器
如何知道某个类是哪个类加载器加载的
如何得到系统类加载器加载了那些类

首先我们要分析类加载原理，java中默认有三种类加载器：引导类加载器，扩展类加载器，系统类加载器(也叫应用类加载器)

 

引导类加载器负责加载jdk中的系统类，这种类加载器都是用c语言实现的，在java程序中没有办法获得这个类加载器，对于java程序是一个概念而已，基本上不用考虑它的存在，像String,Integer这样的类都是由引导类加载器加载器的.
扩展类加载器负责加载标准扩展类，一般使用java实现，这是一个真正的java类加载器，负责加载jre/lib/ext中的类，和普通的类加载器一样，其实这个类加载器对我们来说也不是很重要，我们可以通过java程序获得这个类加载器。
系统类加载器，加载第一个应用类的加载器(其实这个定义并不准确,下面你将会看到)，也就是执行java MainClass 时加载MainClass的加载器，这个加载器使用java实现，使用的很广泛，负责加载classpath中指定的类。

类加载器之间有一定的关系(父子关系)，我们可以认为扩展类加载器的父加载器是引导类加载器(当然不这样认为也是可以的，因为引导类加载器表现在java中就是一个null),不过系统类加载器的父加载器一定是扩展类加载器，类加载器在加载类的时候会先给父加载器一个机会，只有父加载器无法加载时才会自己去加载。

我们无法获得引导类加载器，因为它是使用c实现的，而且使用引导类加载器加载的类通过getClassLoader方法返回的是null.所以无法直接操作引导类加载器，但是我们可以根据Class.getClassLoader方法是否为null判断这个类是不是引导类加载器加载的，可以通过下面的方法获得引导类加载器加载的类路径(每个jar包或者文件夹对应了一个URL);
sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()
你可以直接在你的main函数中输出就可以了
System.out.println(java.util.Arrays.asList(sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()).toString());
得到的结果是：
[file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/rt.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/i18n.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/sunrsasign.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/jsse.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/jce.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/lib/charsets.jar,
file:/C:/Program%20Files/Java/j2re1.4.2_10/classes]

其实我们是可以指定引导类加载器的类路径的，java提供了一个-Xbootclasspath参数，不过这个参数不是标准参数。
java -Xbootclasspath: 运行时指定引导类加载器的加载路径(jar文件或者目录)
java -Xbootclasspath/p:和上面的相同，不过把这个路径放到原来的路径前面
java -Xbootclasspath/a:这个就是在原引导类路径后面添加类路径。
上面我们有提过加载第一个应用类未必就是系统加载器。
如果我把这个应用类的路径放到引导类路径中，它将会被引导类加载器加载，大致这样
java -Xbootclasspath/a:myjar.jar MainClass
如果MainClass在myjar.jar中,那么这个类将会被引导类加载器加载。
如果希望看详情，使用-verbose参数，为了看的更清楚，使用重定向，大致为(windows下)：
java -verbose -Xbootclasspath/a:myjar.jar MainClass -> C:\out.txt
通过这个参数我们可以实现自己的系统类，比如替换掉java.lang.Object的实现，自己可以扩展
一些方法，不过这样做似乎没有好处，因为那就不是标准了。

我们最关心的还是系统类加载器，一般都认为系统类加载器是加载应用程序第一个类的加载器，
也就是java MainClass命令中加载MainClass的类加载器，这种说法虽然不是很严谨，但基本上还是可以这样认为的，因为我们很少会改变引导类加载器和扩展类加载器的默认行为。应该说系统类加载器负责加载classpath路径中的而且没有被扩展类加载器加载的类(当然也包括引导类加载器加载的)。如果classpath中有这个类，但是这个类也在扩展类加载器的类路径，那么系统类加载器将没有机会加载它。
我们很少改变扩展类加载器的行为，所以一般你自己定义的类都是系统类加载器加载器的。

获得系统类加载器非常简单，假设MyClass是你定义的一个类
MyClass.class.getClassLoader()返回的就是系统类加载器，当然这种方法无法保证绝对正确，我们可以使用更简单而且一定正确的方式：
ClassLoader.getSystemClassLoader()获得系统类加载器。我们知道ClassLoader是一个抽象类，所以系统类加载器肯定是ClassLoader的一个子类实现。我们来看看它是什么
ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass();
结果是class sun.misc.Lancher$AppClassLoader　
可以看出这是sun的一个实现，从名字可以看出是一个内部类，目前我也没有看到这个源代码，似乎还不是很清晰：
我们在看看它的父类是什么：
ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass().getSuperclass();
结果是：class java.net.URLClassLoader
这个是j2se的标准类，它的父类是SecureClassLoader,而SecureClassLoader是继承ClassLoader的。
现在整个关系应该很清楚，我们会看到几乎所有的ClassLoader实现都是继承URLClassLoader的。
因为系统类加载器是非常重要的，而且是我们可以直接控制的，所以我们后面还会介绍，不过先来看一下扩展类
加载器以及它们之间的关系。

扩展类加载器似乎是一个不起眼的角色，它负责加载java的标准扩展(jre/lib/ext目录下的所有jar)，它其实就是一个普通的加载器，看得见摸得着的。
首先的问题是怎么知道扩展类加载器在哪里?
的确没有直接途径获得扩展类加载器，但是我们知道它是系统类加载器的父加载器，我们已经很容易的获得系统类加载器了，所以我们可以间接的获得扩展类加载器：
ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass();
其实是通过系统类加载器间接的获得了扩展类加载器，看看是什么东西：
结果是：class sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
这个类和系统类加载器一样是一个内部类，而且定义在同一个类中。
同样看看它的父类是什么：
ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass().getSuperclass();
可以看出结果也是class java.net.URLClassLoader
扩展类加载jre/lib/ext目录下的所有类，包括jar,目录下的所有类(目录名不一定要classes).
现在可以回答上面的问题了，你写一个HelloWorld，放到jre/lib/ext/下的某个目录
比如 jre/lib/ext/myclass/HelloWorld.class
然后在你classpath也设置一份到这个类的路径，结果执行java HelloWorld时，这个类是被扩展类加载器加载器的，可以这样证明
public static void main(String[] args){
System.out.println("loaded by"+HelloWorld.class.getClassLoader().getClass());
System.out.println("Hello World");
}
结果可以得到class sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
当然如果你把jre/lib/ext下myclass这个目录删除，仍然可以运行，但是这样结果是
class sun.misc.Lancher$AppClassLoader
如果你不知道这个过程的话，假设在你扩展类路径下有一份classpath中的拷贝，或者是比较低的版本，当你使用新的版本时会发现没有起作用，知道这个过程你就不会觉得奇怪了。另外就是两个不同的类加载器是可以加载一个同名的类的，也就是说虽然扩展类加载器加载了某个类，系统类加载器是可以加载自己的版本的，
但是现有的实现都没有这样做，ClassLoader中的方法是会请求父类加载器先加载的，如果你自己定义类加载器完全可以修改这种默认行为，甚至可以让他没有父加载器。

这里给出一个方法如何获得扩展类加载器加载的路径：
　　　　String path=System.getProperty("java.ext.dirs");
        File dir=new File(path);
        if(!dir.exists()||!dir.isDirectory()){
            return Collections.EMPTY_LIST;
        }
        File[] jars=dir.listFiles();
        URL[] urls=new URL[jars.length];
        for(int i=0;i<jars.length;i++){
            urls[i]=sun.misc.URLClassPath.pathToURLs(jars[i].getAbsolutePath())[0];
        }
        return Arrays.asList(urls);

对于扩展类加载器我们基本上不会去关心，也很少把你自己的jar放到扩展路径，大部分情况下我们都感觉不到它的存在，当然如果你一定要放到这个目录下，一定要知道这个过程，它会优先于classpath中的类。

现在我们应该很清楚知道某个类是哪个加载器加载的，并且知道为什么是它加载的，如果要在运行时获得某个类的类加载器，直接使用Class的getClassLoader()方法就可以了。

用户定义的类一般都是系统类加载器加载的,我们很少直接使用类加载器加载类,我们甚至很少自己加载类。
因为类在使用时会被自动加载，我们用到某个类时该类会被自动加载,比如new A()会导致类A自动被加载，不过这种加载只发生一次。
我们也可以使用系统类加载器手动加载类,ClassLoader提供了这个接口
ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("classFullName");
这就很明确的指定了使用系统类加载器加载指定的类,但是如果该类能够被扩展类加载器加载,系统类加载器还是不会有机会的。
我们最常用的还是使用Class.forName加载使用的类，这种方式没有指定某个特定的ClassLoader,会使用调用类的ClassLoader。
也就是说调用这个方法的类的类加载器将会用于加载这个类。比如在类A中使用Class.forName加载类B,那么加载类A的类加载器将会用于加载类B,这样两个类的类加载器是同一个。

最后讨论一下如何获得某个类加载器加载了哪些类，这个似乎有一定的使用价值，可以看出哪些类被加载了。其实这个也不是很难，因为ClassLoader中有一个classes成员变量就是用来保存类加载器加载的类列表，而且有一个方法
void addClass(Class c) { classes.addElement(c);}
这个方法被JVM调用。
我们只要利用反射获得classes这个值就可以了,不过classes声明为private的,我们需要修改它的访问权限(没有安全管理器时很容易做到)
classes = ClassLoader.class.getDeclaredField("classes");
classes.setAccessible(true);
List ret=(List) classes.get(cl); //classes是一个Vector
可惜的是对于引导类加载器没有办法获得加载的类，因为它是了的,在java中很难控制了。