解读ClassLoader

ClassLoader一个经常出现又让很多人望而却步的词，本文将试图以最浅显易懂的方式来讲解 ClassLoader，希望能对不了解该机制的朋友起到一点点作用。

要深入了解ClassLoader，首先就要知道ClassLoader是用来干什么的，顾名思义，它就是用来加载Class文件到JVM，以供程序使用的。我们知道，java程序可以动态加载类定义，而这个动态加载的机制就是通过ClassLoader来实现的，所以可想而知ClassLoader的重要性如何。

看到这里，可能有的朋友会想到一个问题，那就是既然ClassLoader是用来加载类到JVM中的，那么ClassLoader又是如何被加载呢？难道它不是java的类？

没有错，在这里确实有一个ClassLoader不是用java语言所编写的，而是JVM实现的一部分，这个ClassLoader就是bootstrap classloader（启动类加载器），这个ClassLoader在JVM运行的时候加载java核心的API以满足java程序最基本的需求，其中就包括用户定义的ClassLoader，这里所谓的用户定义是指通过java程序实现的ClassLoader，一个是ExtClassLoader，这个ClassLoader是用来加载java的扩展API的，也就是/lib/ext中的类，一个是AppClassLoader，这个ClassLoader是用来加载用户机器上CLASSPATH设置目录中的Class的，通常在没有指定ClassLoader的情况下，程序员自定义的类就由该ClassLoader进行加载。

当运行一个程序的时候，JVM启动，运行bootstrap classloader，该ClassLoader加载java核心API（ExtClassLoader和AppClassLoader也在此时被加载），然后调用ExtClassLoader加载扩展API，最后AppClassLoader加载CLASSPATH目录下定义的Class，这就是一个程序最基本的加载流程。

上面大概讲解了一下ClassLoader的作用以及一个最基本的加载流程，接下来将讲解一下ClassLoader加载的方式，这里就不得不讲一下ClassLoader在这里使用了双亲委托模式进行类加载。

每一个自定义ClassLoader都必须继承ClassLoader这个抽象类，而每个ClassLoader都会有一个parent ClassLoader，我们可以看一下ClassLoader这个抽象类中有一个getParent()方法，这个方法用来返回当前ClassLoader的parent，注意，这个parent不是指的被继承的类，而是在实例化该ClassLoader时指定的一个ClassLoader，如果这个parent为null，那么就默认该ClassLoader的parent是bootstrap classloader，这个parent有什么用呢？

我们可以考虑这样一种情况，假设我们自定义了一个ClientDefClassLoader，我们使用这个自定义的ClassLoader加载java.lang.String，那么这里String是否会被这个ClassLoader加载呢？事实上java.lang.String这个类并不是被这个ClientDefClassLoader加载，而是由bootstrap classloader进行加载，为什么会这样？实际上这就是双亲委托模式的原因，因为在任何一个自定义ClassLoader加载一个类之前，它都会先委托它的父亲ClassLoader进行加载，只有当父亲ClassLoader无法加载成功后，才会由自己加载，在上面这个例子里，因为java.lang.String是属于java核心API的一个类，所以当使用ClientDefClassLoader加载它的时候，该ClassLoader会先委托它的父亲ClassLoader进行加载，上面讲过，当ClassLoader的parent为null时，ClassLoader的parent就是bootstrap classloader，所以在ClassLoader的最顶层就是bootstrap classloader，因此最终委托到bootstrap classloader的时候，bootstrap classloader就会返回String的Class。

我们来看一下ClassLoader中的一段源代码：

    protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve)
	throws ClassNotFoundException
    {
	// 首先检查该name指定的class是否有被加载
	Class c = findLoadedClass(name);
	if (c == null) {
	    try {
		if (parent != null) {
		    //如果parent不为null，则调用parent的loadClass进行加载
c = parent.loadClass(name, false);
		} else {
			//parent为null，则调用BootstrapClassLoader进行加载
		    c = findBootstrapClass0(name);
		}
	    } catch (ClassNotFoundException e) {
	        //如果仍然无法加载成功，则调用自身的findClass进行加载			
	        c = findClass(name);
	    }
	}
	if (resolve) {
	    resolveClass(c);
	}
	return c;
    }

从上面一段代码中，我们可以看出一个类加载的大概过程与之前我所举的例子是一样的，而我们要实现一个自定义类的时候，只需要实现findClass方法即可。

为什么要使用这种双亲委托模式呢？

第一个原因就是因为这样可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。

第二个原因就是考虑到安全因素，我们试想一下，如果不使用这种委托模式，那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义类型，这样会存在非常大的安全隐患，而双亲委托的方式，就可以避免这种情况，因为String已经在启动时被加载，所以用户自定义类是无法加载一个自定义的ClassLoader。

上面对ClassLoader的加载机制进行了大概的介绍，接下来不得不在此讲解一下另外一个和ClassLoader相关的类，那就是Class类，每个被ClassLoader加载的class文件，最终都会以Class类的实例被程序员引用，我们可以把Class类当作是普通类的一个模板，JVM根据这个模板生成对应的实例，最终被程序员所使用。

我们看到在Class类中有个静态方法forName，这个方法和ClassLoader中的loadClass方法的目的一样，都是用来加载class的，但是两者在作用上却有所区别。
Class<?> loadClass(String name)
Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
我们看到上面两个方法声明，第二个方法的第二个参数是用于设置加载类的时候是否连接该类，true就连接，否则就不连接。

说到连接，不得不在此做一下解释，在JVM加载类的时候，需要经过三个步骤，装载、连接、初始化。装载就是找到相应的class文件，读入JVM，初始化就不用说了，最主要就说说连接。

连接分三步，第一步是验证class是否符合规格，第二步是准备，就是为类变量分配内存同时设置默认初始值，第三步就是解释，而这步就是可选的，根据上面loadClass方法的第二个参数来判定是否需要解释，所谓的解释根据《深入JVM》这本书的定义就是根据类中的符号引用查找相应的实体，再把符号引用替换成一个直接引用的过程。有点深奥吧，呵呵，在此就不多做解释了，想具体了解就翻翻《深入JVM吧》，呵呵，再这样一步步解释下去，那就不知道什么时候才能解释得完了。

我们再来看看那个两个参数的loadClass方法，在JAVA API 文档中，该方法的定义是protected，那也就是说该方法是被保护的，而用户真正应该使用的方法是一个参数的那个，一个参数的loadclass方法实际上就是调用了两个参数的方法，而第二个参数默认为false，因此在这里可以看出通过loadClass加载类实际上就是加载的时候并不对该类进行解释，因此也不会初始化该类。而Class类的forName方法则是相反，使用forName加载的时候就会将Class进行解释和初始化，forName也有另外一个版本的方法，可以设置是否初始化以及设置ClassLoader，在此就不多讲了。

不知道上面对这两种加载方式的解释是否足够清楚，就在此举个例子吧，例如JDBC DRIVER的加载，我们在加载JDBC驱动的时候都是使用的forName而非是ClassLoader的loadClass方法呢？我们知道，JDBC驱动是通过DriverManager，必须在DriverManager中注册，如果驱动类没有被初始化，则不能注册到DriverManager中，因此必须使用forName而不能用loadClass。

通过ClassLoader我们可以自定义类加载器，定制自己所需要的加载方式，例如从网络加载，从其他格式的文件加载等等都可以，其实ClassLoader还有很多地方没有讲到，例如ClassLoader内部的一些实现等等，本来希望能够讲得简单易懂一点，可是结果自己看回头好像感觉并不怎么样，郁闷，看来自己的文笔还是差太多了，希望能够给一些有需要的朋友一点帮助吧。

评论

30 楼 qmy 2007-09-25  

收回上面的话。。。

我错了

- -!!

29 楼 qmy 2007-09-18  

yfmine 写道

alibubu 写道

每当有一些类似于这样的文章发表时，后面总会跟着一批貌似很明白的人，说着一些类似于“讲的很好”，“不错，能否讲深点”的话，好像只有这样才显示出自己的高深。悲叹啊。
对于classloader，在项目中有谁会用到？我看对于自定义classloader，恐怕也只有在需要对class进行加密后，在classloader级进行class解密才能用得到，而这，又有几个项目需要？还不如多花点时间搞点别的。
非常反感一些人的高深。我不是针对楼主。

还是您老高深……

alibubu说得是，我比较同意，我是在百度上搜索“什么时候需要用到ClassLoader”的时候搜索到这个帖子的。我正在看《深入Java虚拟机》，第3章讲了ClassLoader，我看完了觉得有必要弄清楚什么时候需要用到ClassLoader，因为我看了书上写的一大堆，大概看明白意思了，自然会思考在什么情况下用到它。而不是说“不错，这书讲得很好。能否深入些？”
我觉得这篇帖子适合那些需要用到ClassLoader的Java程序员看，我想并不适合每一个Java程序员吧。

28 楼 galaxystar 2007-08-27  

Groovy 写道

galaxystar 写道

Groovy 写道

那么如果想在程序中动态的reload某个jar(这个jar文件在硬盘上可能已经被替换了)应该如何做呢

整个jar都想热替换, 你不如就hot deploy一把算了, 像jboss与tomcat, 都是整个context初始化一遍的.

这个下层是通过什么来实现的呢
自行实现ClassLoader吗?

是的, 重新实例化一个自定义的ClassLoader, 但是, 我测试过, 当你hot deploy后.
老的ClassLoader还是存在的, 就不清楚它什么时候回收了.

可能system class loader还在引用它吧

27 楼 Groovy 2007-08-27  

galaxystar 写道

Groovy 写道

那么如果想在程序中动态的reload某个jar(这个jar文件在硬盘上可能已经被替换了)应该如何做呢

整个jar都想热替换, 你不如就hot deploy一把算了, 像jboss与tomcat, 都是整个context初始化一遍的.

这个下层是通过什么来实现的呢
自行实现ClassLoader吗?

26 楼 galaxystar 2007-08-27  

Groovy 写道

那么如果想在程序中动态的reload某个jar(这个jar文件在硬盘上可能已经被替换了)应该如何做呢

整个jar都想热替换, 你不如就hot deploy一把算了, 像jboss与tomcat, 都是整个context初始化一遍的.

25 楼 Groovy 2007-08-27  

那么如果想在程序中动态的reload某个jar(这个jar文件在硬盘上可能已经被替换了)应该如何做呢

24 楼 galaxystar 2007-08-27  

楼主有没有研究过, 类的卸载或重载(非jvm ti支持的redefine class, 那个只能改方法体, 不能新增, 删除方法).

据我所知, 必须创建一个新的ClassLoader,
这对于实现hot swap是非常麻烦的.

因为老的引用当前类, 是在老的ClassLoader上.
必须将所有引用类都初始化!

23 楼 zhoulf 2007-08-27  

引用

leadyu     2007-06-25 20:14
父子委托机制，是一种classloader实现的标准，但是并没有强制的限定自定义的classloader一定要遵循这种机制，比如weblogic就可以配置classloader模型。

但是这种机制，保证了两点，一，保证了安全性，二，保证了每个classloader的边界，就是说不该你加载的类你不要去加载，否则我们知道不同的classloader都有其命名空间，保证一个类只被其中一个classloader加载，否则系统就会有多个版本的类存在，这种边界在中间件里是非常重要的。

了解classloader对于高级程序员我觉得是非常有用的，虽然我们日常非常少用到它，但是了解它的机制，对于解决很多部署问题非常有帮助，比如部署EJB过程出现的问题，以及其他的一些东西。

另外在自己实现一些组件的时候也可能应用到这方面的技术。

正解，部署和组件开发！！！

22 楼 zhoulf 2007-08-27  

引用

每当有一些类似于这样的文章发表时，后面总会跟着一批貌似很明白的人，说着一些类似于“讲的很好”，“不错，能否讲深点”的话，好像只有这样才显示出自己的高深。悲叹啊。
对于classloader，在项目中有谁会用到？我看对于自定义classloader，恐怕也只有在需要对class进行加密后，在classloader级进行class解密才能用得到，而这，又有几个项目需要？还不如多花点时间搞点别的。
非常反感一些人的高深。我不是针对楼主。

自己没用过就算了。。。也好意思拿出来说。你不接触新的东西，永远不知道自己的无知

21 楼 dennis_zane 2007-06-26  

calmness 写道

我们看到上面两个方法声明，第二个方法的第二个参数是用于设置加载类的时候是否连接该类，true就连接，否则就不连接。

说到连接，不得不在此做一下解释，在JVM加载类的时候，需要经过三个步骤，装载、连接、初始化。装载就是找到相应的class文件，读入JVM，初始化就不用说了，最主要就说说连接。

连接分三步，第一步是验证class是否符合规格，第二步是准备，就是为类变量分配内存同时设置默认初始值，第三步就是解释，而这步就是可选的，根据上面loadClass方法的第二个参数来判定是否需要解释

这里讲错了吧，你自己都说第2个参数是用于确定返回的Class是否是已经连接的，怎么又说第二个参数是用来判定是否需要解析？解析是可选的，连接不一定包含解析的。第2个参数如果是true，返回的class一定是已经连接的(是否解析取决于JVM的实现），如果是false，返回的是可能是连接的（不是初次），也可能是没有连接的（第一次）。

20 楼 yananay 2007-06-26  

讲的太简单了。

具体到应用服务器里，例如EJB环境，一个 ear 里有war， 等等情况，

这些都应该说到.

19 楼 leadyu 2007-06-25  

父子委托机制，是一种classloader实现的标准，但是并没有强制的限定自定义的classloader一定要遵循这种机制，比如weblogic就可以配置classloader模型。

但是这种机制，保证了两点，一，保证了安全性，二，保证了每个classloader的边界，就是说不该你加载的类你不要去加载，否则我们知道不同的classloader都有其命名空间，保证一个类只被其中一个classloader加载，否则系统就会有多个版本的类存在，这种边界在中间件里是非常重要的。

了解classloader对于高级程序员我觉得是非常有用的，虽然我们日常非常少用到它，但是了解它的机制，对于解决很多部署问题非常有帮助，比如部署EJB过程出现的问题，以及其他的一些东西。

另外在自己实现一些组件的时候也可能应用到这方面的技术。

18 楼 realreal2000 2007-06-25  

王森的那本深入java2，里面介绍了classloader，写得不错，例子也有说服性

17 楼 pioneer21th 2007-06-23  

问个问题，根据ClassLoader的代码，貌似用户自定义的类不是由bootstrap Loader加载就是由App Loader加载，因为那个parent.loadClass是一个递归调用，最终会到APP 的ClassLoader方法，而自定义的ClassLoader只是起到找到Class文件的作用，不知道这样理解可否正确？

还有APP ClassLoader是在何时指定的？

16 楼 blogbin 2007-06-23  

calmness 写道

dlovek 写道

本身有两个类继承了ClassLoader，怎么保证两个子类之间哪个是父类？1

都直接继承了ClassLoader，那就是平级的啊，不是父子类的关系。

JVM会自动识别类的继承和实现关系，保证父类先于子类或者接口类先于实现类加载。

blogbin

15 楼 jiakechong 2007-06-08  

楼主分享,,
   深入java虚拟机,那本书有讲

14 楼 calmness 2007-06-06  

dlovek 写道

本身有两个类继承了ClassLoader，怎么保证两个子类之间哪个是父类？1

都直接继承了ClassLoader，那就是平级的啊，不是父子类的关系。

13 楼 zhkchi 2007-06-06  

起码大致知道是怎么回事了，谢谢

12 楼 dlovek 2007-06-05  

本身有两个类继承了ClassLoader，怎么保证两个子类之间哪个是父类？1

11 楼 davexin 2007-06-05  

讲的不太清楚，ClassLoader用的太多了，对不太了解的人，就像看绕口令一样。