Java Class Loader

Java Class Loader的工作原理在宫力等人的《Inside Java 2 Platform Security》和Bill Venners的《Inside Java 2 Virturl Machine》里面有非常精彩的介绍。不过这个问题还是困惑了我一段时间，所以把心得小结如下。

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JVM采用动态类型加载方式，所以概念上只有当一个类型被应用到时，虚拟机才会加载它。比如，假设类C引用了类D，只有当虚拟机执行到C中引用D的语句时才会去加载D。

Defining Class Loader 和 Initiating Class Loader

Defining class loader是指真正执行加载某个类的动作的那个类加载器实例。在虚拟机中，一个类型C是由其类型名和定义它的那个defining class loader来唯一标识的，即C=<N, L>。Iniating class loader是指发起这个加载动作的类加载器实例。比如在前面的例子中，虚拟机发现C引用D时，就把C的defining class loader作为D的initiating class loader。至于D最终是由谁定义的，则要由class loader的代理机制来决定。

常见Class Loader

文章和书籍中常常提到下面几种class loader：

• Bootstrap class loader：虚拟机运行时必须要用到的类的加载器，比如java.*。它通常是在虚拟机种用本地代码（如C）实现，在系统中用null表示。
  
• Extension class loader：负责加载Java环境中安装的可选包（optional package）中的类。
  
• Application class loader：负责加载CLASSPATH上的类。有时候也称为system class loader，Java程序可以通过调用java.lang.getSystemClassLoader()获得它的引用。

层次关系

Class loader之间有两种层次关系：继承关系和代理（delegation）关系。

除bootstrap class loader之外的所有其它class loader都是用Java语言来实现的，所以它们之间自然有继承关系。Java API里面定义的类的继承关系如下：java.net.URLClassLoader --> java.security.SecureClassLoader --> java.lang.ClassLoader --> java.lang.Object。

代理关系是class loader实例之间的动态关系。在创建一个class loader实例时可以给其构造函数传递一个parent参数，这样该parent就成了新创建的class loader在代理层次上的父节点。这个层次树的根节点就是bootstrap class loader实例。Java程序可以通过调用class loader实例的getParent()方法来获取其父节点。比如在JDK1.5中运行HelloWorld程序时class loader的代理继承关系如下：sun.misc.Launcher$AppClassLoader --> sun.misc.Launcher$ExtClassLoader --> null （bootstrap class loader）。

代理机制

当一个class loader收到加载某个类的请求时，它按照下面的流程处理：

1. 查找这个类是不是已经被自己加载过，如果没有则进行下一步；
2. 请求代理层次中的父加载器加载这个类；
3. 如果父加载器无法加载这个类（抛回异常），则尝试自己加载这个类。如果能够加载，则定义该类，否则抛出异常。
   

所以在代理层次结构上的子节点永远只加载父节点（及其祖先节点）所不能加载的类，这样可以保证类始终被合适的class loader加载，比如rt.jar中的类永远被bootstrap class loader加载。

回到HelloWorld的例子。当虚拟机一开始加载HelloWorld类的时候，它的initiating class loader是application class loader，该类调用extension class loader，它又调用bootstrap class loader；bootstrap class loader（在rt.jar中）找不到HelloWorld类，抛出异常；extension class loader截获异常后开始试图自己加载，但是它（在扩展包内）也找不到HelloWorld，于是也抛出异常；application class loader截获这个异常，它在CLASSPATH中找到了HelloWorld于是加载并定义了这个类，所以HelloWorld类的defining class loader就是这个application class loader实例。

当HelloWorld引用到java.lang.System类时虚拟机开始加载System类。这时定义了HelloWorld类的application class loader就成了System类的iniating class loader。重复上述操作，但是这次bootstrap class loader找到了System类就定义了该类，后面的extension class loader和application class loader就不再试图加载了。所以java.lang.System类的defining class loader就是bootstrap class loader。

评论

1 楼 ricoyu 2009-12-28  

很有帮助,受教了