Class Loading －－－（类装载机制，开发者不得不知道的故事）

longdick

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应用服务器 JVM JDK 网络应用 C

http://blog.csdn.net/totodo/archive/2005/01/28/271798.aspx

也许你认为Class Load是一个高级话题，不管怎样，作为开发者你还是要了解它。

本文基于最新得JDK5，然而将诉的内容却包含了最基本的原理，希望你能更加深入了解自己所使用得语言。

理解CLassLoader

如果你自己定义了一个 org.test.Object 。

你在程序中这样写：

import ort.test.Object

Object o = new String();
也许你欣然以为这样写没问题，但实际上你错了。

这样会报 ClassCastException ,

一个Class在JVM中得标识是由它得 PackAge 和类名决定得(也就是它的名称空间)所决定的。

org.test.Object 并不等同于 java.lang.Object

在java中，每个类都是java.lang.Class得实例。所有的类都可以这样自定义：

java.lang.Class klass = Myclass.class;

而实例化一个类，可以是：Myclass myclass  = new Myclass() 也可以是： myclass.newInstance();

在JVM中。所有得类都由 java.lang.ClassLoader .以及它的子类加载的，我们在运行程序的时候，首先要从 JAVA_HOME/jre/rt.jar开始。不过我们发现JDK文档里并没有介绍bootstrap.jar。实际上bootstrap 是JDK之外得，它得方式和JVM的是不一样的。

JDK中除了ClassLoader可以加载类之外，还有以下这些也可以。

java.net.URLClassLoader
java.security.SecureClassLoader
java.rmi.server.RMIClassLoader
sun.applet.AppletClassLoader

Class Loaders工作原理

除了bootstrap之外，所有的Classloader都有个父类Class Loader ,他们都是instanceof java.lang.ClassLoader

看看JDK1.5中的一个例子

假如有个方法loadClass

protected synchronized Class<?> loadClass
    (String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException{

    // First check if the class is already loaded
    Class c = findLoadedClass(name);
    if (c == null) {
        try {
            if (parent != null) {
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                c = findBootstrapClass0(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // If still not found, then invoke
            // findClass to find the class.
            c = findClass(name);
        }
    }
    if (resolve) {
    resolveClass(c);
    }
    return c;
}

那设置它父类的方式有两种。

public class MyClassLoader extends ClassLoader{
    public MyClassLoader(){
        super(MyClassLoader.class.getClassLoader());
    }
}

或者

public class MyClassLoader extends ClassLoader{
    public MyClassLoader(){
        super(getClass().getClassLoader());
    }
}

这里是首选第一种。

因为getClass()是在构造函数内部得方法，所以必须要有构造函数代码存在，但是如果不存在，那就找父类得classloader 一直往上找，直至找到到findBootstrapClass，如果它也不存在得话，那时候findClass（）方法会被调用执行。。（那时候会报一个ClassNotFoundException）。

来看看findClass()得代码

    protected Class<?> findClass(String name)
        throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

在findClass() 方法内 class loader要取得到得字节码（就是编译后*.class文件里得内容），也不一定就是.class文件，这些字节码可以来自本地，也可以是系统，网络（借着这个你可以理解一下Cobra,RMI）,也可以是用 BCEL （Apache一个基于字节码得一个引擎库） ...等等。一但字节码找到了。那时候就开始执行 defineClass()方法。那时候ClassLoader便会定义出一个类来。

每个ClassLoader出来的类都是不同的，如果有两个ClassLoader载入两各相同的程序，defineClass()定义得两个类也是不同得。详细请看（ Java language specification ）

下面有幅图画展示了一个MyMainclass.class是如何装载执行的。（由多个classLoader加载同一个Target.class），－－－－
根据上面得解析，既然由两个classLoader()载入Target.class得字节码，那defineClass()就会产生两个class的定义。

所以很容易得出以下结论:
Target target1 = (Target) target2; 是不正确的。target1 和 target2是由两个不同的classloader定义的。

具体请看 Inside Class Loaders （Andreas Schaefer）

我们是否需要自定义的ClassLoader?

    理由之一：如果我们自定义了ClassLoader，那我们便可以控制JVM的加载动作了。

   上面说一个class标识是由于package+classname组成得。对于所有实现java.io.Serializable 接口的类，都是由serialVersionUID管理这些类得版本( RMI,JNDI,Security里都有这样一个ID) 。它用64位的Hash来表示 (这个Hash由classname,filed,method组成)。从技术上讲如果classname,field,mehtod所构成的Hash都一样，那就会认为是同一个版本。

假设有这样一个情况，我们要写一个java 执行引擎（比如：用一个RMI 发布一个Server端程序，执行client的接口方法），既然要能执行，那引擎肯定要实现有Client所特定任务的接口（这里为TaskIntf）。一但任务提交给执行引擎，Server要做的第一件事情就是要装载所有要执行的代码。假设不同的终端递交了不同的代码。而偏偏又都是同样的包名，和同样的类名。那服务器能否会辨别到底是那个Client提交过来的执行请求？

现在出个问题：如果在服务器端一个执行程序执行两个客户端提交同一个版本得代码，如何才让客户端会得到预期的执行结果？

别以为这个很简单，下面先建个RMI玩玩。看看结果会是怎样。

本地文件如下图。

图 2 程序目录结构（本文中含代码）。

在samepath目录下，有着两个version.Version.class，他们得包名类名都一样，唯一不同的是。

v1目录中的方法是：

    public void fx(){
        log("this = " + this + "; Version.fx(1).");
    }

v2目录中的方法是：

    public void fx(){
        log("this = " + this + "; Version.fx(2).");
    }

执行一下看看：

set CLASSPATH=.;%CURRENT_ROOT%\v1;%CURRENT_ROOT%\v2
%JAVA_HOME%\bin\java Test 结果如下图

图 3. classPath得目录设为v1

切换到

set CLASSPATH=.;%CURRENT_ROOT%\v2;%CURRENT_ROOT%\v1
%JAVA_HOME%\bin\java Test
结果如下图：

图 4. classpath目录设为v2

很明显，上面的例子中能从classpath中找到先后次序。如果我们把v1,v2的version.Version。都删调。而把他们打成一个myextension.jar包，放到java.ext.dirs目录下。。这时候就通过ExtClassLoader 来装载了，而不是AppClassLoader.

结果会是如下：

图 5. AppClassLoader and ExtClassLoader

注意看 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@a9c85c 这说明是ExtClassLoader 加载了。

继续往下看，另外一个例子。在differentversions 目录下的例子，里面包含了RMI的ServerImpl这样一个执行引擎。Client实现了common.TaskIntf接口。两个 client.TaskImpl分别如下：

    static{
        log("client.TaskImpl.class.getClassLoader
        (v1) : " + TaskImpl.class.getClassLoader());
    }

    public void execute(){
        log("this = " + this + "; execute(1)");
    }

另一个则是：

     static{
        log("client.TaskImpl.class.getClassLoader
        (v1) : " + TaskImpl.class.getClassLoader());
    }

    public void execute(){
        log("this = " + this + "; execute(2)");
    }

这样子来执行（顺序随便，这里把 %CURRENT_ROOT%\client2放在前面）：

CLASSPATH=%CURRENT_ROOT%\common;%CURRENT_ROOT%\server;
%CURRENT_ROOT%\client2;%CURRENT_ROOT%\client1
%JAVA_HOME%\bin\java server.Server

先启动Server..

分别把两个client提交给服务器执行， (即便执行程序中得client1.bat 和 client2.bat server监控屏幕如图6所示。)

图 6. Execution Engine Server console

再来看下面两个图（图7和图8），分别是client端得执行显示。

图 7. Execution Engine Client 1 console

图 8. Execution Engine Client 2 console

纵观上面三次执行结果，发现由于服务器启动得时候使用了AppClassLoader.所以无论怎么样都是载入得是client2(因为client2的classpath次序比较在前)，

这里client1 很郁闷，它在自己那执行明明是 execute(1) 通过 RMI 发送给服务器端执行就成了 execute(2)..

值得注意的是：在client1,client2分别发送给服务器执行之后，服务器端显示的记录是：
client.TaskImpl.class.getClassLoader(v2):sun.misc.lancuher@AppClassLoader@xxxx zhiz只执行了一次。而 this=client.TaskImpl@xxxxx execute(2);执行了两次

上面已经讲到过了，对于一个ClassLoader来讲同样的page+className 只能定义一个 class,而不同的ClassLoader即便加载同一个page.className 也会定义不同的class

到这里，我才发现，解决上面提出得那个问题似乎并不容易。：（。

那如何解决呢？答案就是－－－使用自定义得classLoader ..

如果各位等不急的话，先请看（目录中 differentversionspush 里面的代码）

很显然，我们很有必要写自定义的classloader.

如何构造使用自定义的ClassLoader

既然自定义的ClassLoader,能解决上述问题，那接下去看看，我们如何来使用自定义的ClassLoader。

结合本文种的原码－－－（在differentversionspush的目录里），有个FileSystemClassLoader，类图描述如下：

图9.

看看他的方法 findClassBytes(String className);

    public byte[] findClassBytes(String className){

        try{
            String pathName = currentRoot +
                File.separatorChar + className.
                replace('.', File.separatorChar)
                + ".class";
            FileInputStream inFile = new
                FileInputStream(pathName);
            byte[] classBytes = new
                byte[inFile.available()];
            inFile.read(classBytes);
            return classBytes;
        }
        catch (java.io.IOException ioEx){
            return null;
        }
    }

    public Class findClass(String name)throws
        ClassNotFoundException{

        byte[] classBytes = findClassBytes(name);
        if (classBytes==null){
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        else{
            return defineClass(name, classBytes,
                0, classBytes.length);
        }
    }

    public Class findClass(String name, byte[]
        classBytes)throws ClassNotFoundException{

        if (classBytes==null){
            throw new ClassNotFoundException(
                "(classBytes==null)");
        }
        else{
            return defineClass(name, classBytes,
                0, classBytes.length);
        }
    }

    public void execute(String codeName,
        byte[] code){

        Class klass = null;
        try{
            klass = findClass(codeName, code);
            TaskIntf task = (TaskIntf)
                klass.newInstance();
            task.execute();
        }
        catch(Exception exception){
            exception.printStackTrace();
        }
    }

这个类FileSystemClassLoader 被client使用了，用来定义class，并且把它把client.TaskImpl(v1)转化为 byte[], 然后 byte[]发送到RMI Server执行。（上面讲了defineClass()能够执行任何字节码，来自编译后的文件，网络甚至是BCEL 字节码引擎库）, 在Server端，又可以通过FileSystemClassLoader 以为byte[]的形式定义出 client.TaskImpl。

请看Client端的代码：

public class Client{

    public static void main (String[] args){

        try{
            byte[] code = getClassDefinition
                ("client.TaskImpl");
            serverIntf.execute("client.TaskImpl",
                code);
            }
            catch(RemoteException remoteException){
                remoteException.printStackTrace();
            }
        }

    private static byte[] getClassDefinition
        (String codeName){
        String userDir = System.getProperties().
            getProperty("BytePath");
        FileSystemClassLoader fscl1 = null;

        try{
            fscl1 = new FileSystemClassLoader
                (userDir);
        }
        catch(FileNotFoundException
            fileNotFoundException){
            fileNotFoundException.printStackTrace();
        }
        return fscl1.findClassBytes(codeName);
    }
}

在RMI服务器端ServerImpl 程序里，接受到来自client的字节码（byte[]），于是FileSystemClassLoader 会从byte[]构造出一个class, 实例话，并且执行。

有一点要注意：每次接收到一个client的请求，FileSystemClassLoader都会重新实例化（执行结果中可以看出来），这就意味着，client.Impl不在是在classpath中被找到的，而是通过FileSystemClassLoader 的findClass() 来执行deFineClass()，这样每次 FileSystemClassLoader 都是创建新的实例，，自然 deFine出来的class也是不同的。这样，我们就能在RMI的执行中区分出这两个class来。（client.TaskImpl ！= client.TaskImp 在上篇就已经得出结论了。）

看看服务器端的执行代码：

public void execute(String codeName, byte[] code)throws RemoteException{

        FileSystemClassLoader fileSystemClassLoader = null;

        try{
            fileSystemClassLoader = new FileSystemClassLoader();
            fileSystemClassLoader.execute(codeName, code);
        }
        catch(Exception exception){
            throw new RemoteException(exception.getMessage());
        }
    }

服务器端的执行结果：

图10，服务器端显示

下面两图分别是客户端显示的。

图11. client1的执行显示

图12. client2执行结果

哈，上面洋洋洒洒那么多，总算是一步一步的教会了大家如何在同一个VM虚拟机中，执行“不同版本”的代码。（这些代码有同样的类名和包名）。

Class Loaders 在 J2EE 中应用。

到这里你其实已经不足为奇下面一些东西了。。。
我的一个A_war.war的web项目中代码是 com.mycom.Test 而我在另外一个B_war.war的wenb项目中的代码也是com.mycom.Test 而他们照样工作的好好的。
当一个大型的 EJB项目，一台服务器上部署了多个 EJB,War工程时候，他们也不会互相影响。AppServer还会有自己的装载策略，比如你web中用的jar包，会优先于AppServer本身所带有的。

另外，J2EE的ClassLoader机制更详细的能容你可以参考Tss上的这篇文章。 Understanding J2EE Application Server Class Loading Architectures "

资源文件：

Sample code for this article

JDK 1.5 API Docs

The Java language specification

" Understanding Extension Class Loading " in the Java tutorial

" Inside Class Loaders " from ONJava

" Inside Class Loaders: Debugging " from ONJava

" What version is your Java code? " from JavaWorld

" Understanding J2EE Application Server Class Loading Architectures " from TheServerSide

Byte Code Engineering Library

Server-Based Java Programming by Ted Neward

原文：
http://www.onjava.com/pub/a/onjava/2005/01/26/classloading.htm