Bootstrap、Extension、Application Class Loader

        Bootstrap Class Loader ，Extension Class Loader ，Application Class Loader三种Class Loader是JVM 系统已经事先实现。
        Bootstrap Class Loader 采用的是C或其他相应语言编写（根据JRE 操作系统版本不同而不同），其他两种Class Loader 均采用Java 语言编写，他们的实现为ExtClassLoader 与AppClassLoader 两个内部静态类，位于sun.misc.Launcher内，而Launcher则位于rt.jar中。
        以下网址可以下载JDK 的源码实现：
        http://download.java.net/openjdk/jdk6/
        通过源码可以是我们更进一步了解Class Loader 的内部实现及流程。

 

        Bootstrap Class Loader
        Bootstrap Class Loader 的实现位于${openjdk}\hotspot\src\share\vm\classfile 目录下的 classLoader.cpp 与classLoader.hpp，打开源代码可以发现Bootstrap Class Loader是采用C++ 编写的，这就是上一节代码中为什么得不到Bootstrap Class Loader 对象的原因。

        该ClassLoader 可以做到根据类文件名来加载类，这其实就和java.lang.ClassLoader 的loadClass 功能非常相近了。

ClassFileStream* ClassPathDirEntry::open_stream(const char* name)  {
  ...
  jio_snprintf(path, sizeof(path), "%s%s%s", _dir, 
               os::file_separator(), name)
  ...
}

 

        可以看到path=_dir + 文件分隔符 + name，得到path 后，就是读取文件并存放到byte[] 的过程了。

要想path 直接可用，得有两个前提：

        (1) _dir事先已经配置好;
        (2)name 也应该先经过了处理;
        例如：
        java.lang.String，会先被转换成java/lang/String.class;
        又假如:
        _dir 为/usr/local/java/src;
        name 为com/test/HelloWorld.class;
        path 最终即为/usr/local/java/src/com/test/HelloWorld.class;

        加载类文件过程：

instanceKlassHandle ClassLoader::load_classfile(symbolHandle h_name, TRAPS) {
  ResourceMark rm(THREAD);
  EventMark m("loading class " INTPTR_FORMAT, (address)h_name());
  ThreadProfilerMark tpm(ThreadProfilerMark::classLoaderRegion);

  stringStream st;
  // st.print() uses too much stack space while handling a StackOverflowError
  // st.print("%s.class", h_name->as_utf8());
  st.print_raw(h_name->as_utf8());
  st.print_raw(".class");
  char* name = st.as_string();

  // Lookup stream for parsing .class file
  ClassFileStream* stream = NULL;
  int classpath_index = 0;
  {
    PerfClassTraceTime vmtimer(perf_sys_class_lookup_time(),
                               ((JavaThread*) THREAD)->get_thread_stat()->perf_timers_addr(),
                               PerfClassTraceTime::CLASS_LOAD);
    ClassPathEntry* e = _first_entry;
    while (e != NULL) {
      stream = e->open_stream(name);
      if (stream != NULL) {
        break;
      }
      e = e->next();
      ++classpath_index;
    }
  }

  instanceKlassHandle h(THREAD, klassOop(NULL));
  if (stream != NULL) {

    // class file found, parse it
    ClassFileParser parser(stream);
    Handle class_loader;
    Handle protection_domain;
    symbolHandle parsed_name;
    instanceKlassHandle result = parser.parseClassFile(h_name,
                                                       class_loader,
                                                       protection_domain,
                                                       parsed_name,
                                                       false,
                                                       CHECK_(h));

    // add to package table
    if (add_package(name, classpath_index, THREAD)) {
      h = result;
    }
  }

  return h;
}

 

        初始化过程：

void ClassLoader::initialize() {
  ...
  // lookup zip library entry points
  load_zip_library();
  // initialize search path
  setup_bootstrap_search_path();
  ...
}

 

        其中load_zip_library() 即加载zip 类库，从而便于处理jar (可以认为jar 是一种特殊的zip 压缩)；而setup_bootstrap_search_path() 即为初始化BootstrapClassLoader 的查找路径，其实就是在初始化上文中每个ClassPathEntry 的_dir。

        打开${openjdk}\hotspot\src\share\vm\runtime\os.cpp 文件，找到set_boot_path()方法，会发现Bootstrap Class Loader 已经将所要加载的类库jar 文件固化至代码中了，这些就是JVM 启动时必须要加载的文件。

bool os::set_boot_path(char fileSep, char pathSep) {
    const char* home = Arguments::get_java_home();
    int home_len = (int)strlen(home);

    static const char* meta_index_dir_format = "%/lib/";
    static const char* meta_index_format = "%/lib/meta-index";
    char* meta_index = format_boot_path(meta_index_format, home, home_len, fileSep, pathSep);
    if (meta_index == NULL) return false;
    char* meta_index_dir = format_boot_path(meta_index_dir_format, home, home_len, fileSep, pathSep);
    if (meta_index_dir == NULL) return false;
    Arguments::set_meta_index_path(meta_index, meta_index_dir);

    // Any modification to the JAR-file list, for the boot classpath must be
    // aligned with install/install/make/common/Pack.gmk. Note: boot class
    // path class JARs, are stripped for StackMapTable to reduce download size.
    static const char classpath_format[] =
        "%/lib/resources.jar:"
        "%/lib/rt.jar:"
        "%/lib/sunrsasign.jar:"
        "%/lib/jsse.jar:"
        "%/lib/jce.jar:"
        "%/lib/charsets.jar:"

        // ## TEMPORARY hack to keep the legacy launcher working when
        // ## only the boot module is installed (cf. j.l.ClassLoader)
        "%/lib/modules/jdk.boot.jar:"

        "%/classes";
    char* sysclasspath = format_boot_path(classpath_format, home, home_len, fileSep, pathSep);
    if (sysclasspath == NULL) return false;
    Arguments::set_sysclasspath(sysclasspath);

    return true;
}

 

        本人对C++ 不甚了解，所以无法就代码及流程做更进一步的讲解，希望大家谅解，也欢迎大家补充。

 

 

        AppClassLoader 与ExtClassLoader

        打开sun.misc.Launcher 的源代码，源代码位置在${openjdk}\jdk\src\share\classes\sun\misc\Launcher.java ，ExtClassLoader 与AppClassLoader 是Launcher 类的内部类，代码如下：

/*
* The class loader used for loading installed extensions.
*/
static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {}

/**
* The class loader used for loading from java.class.path.
* runs in a restricted security context.
*/
static class AppClassLoader extends URLClassLoader {}

 

        从继承关系可以向上一直追溯直至java.lang.ClassLoader 实现类，两者的继承关系如下：

java.lang.Object
	--- java.lang.ClassLoader
		--- java.security.SecureClassLoader
			---  java.net.URLClassLoader
				--- sun.misc.Launcher$ExtClassLoader


java.lang.Object
	--- java.lang.ClassLoader
		--- java.security.SecureClassLoader
			---  java.net.URLClassLoader
				--- sun.misc.Launcher$AppClassLoader

 

        从下图可以更直观的观察出他们的继承关系(引用自网络)：

 

        AppClassLoader 与ExtClassLoader 基本都是调用父类的方法，只是在其中加入了一些相应的业务逻辑，所以这里就不分析他们了，在ClassLoader这节中会更详细的分析。