深入探讨 Java 类加载器

ClassLoader 中与加载类相关的方法

方法	说明
getParent()	返回该类加载器的父类加载器
loadClass(String name)	加载名称为name的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例
findClass(String name)	查找名称为name的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例
findLoadedClass(String name)	查找名称为name的已经被加载过的类，返回的结果是java.lang.Class类的实例
defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)	把字节数组b中的内容转换成 Java 类，返回的结果是java.lang.Class类的实例。这个方法被声明为final的
resolveClass(Class<?> c)	链接指定的 Java 类

系统提供的类加载器

•引导类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自java.lang.ClassLoader。

•扩展类加载器（extensions class loader）：它用来加载 Java 的扩展库。Java虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。

•系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

三个加载器工作的目录

•这三个加载器就构成我们的Java类加载体系。他们分别从以下的路径寻找程序所需要的类：

•BootstrapLoader：sun.boot.class.path

•ExtClassLoader:java.ext.dirs

•AppClassLoader:java.class.path

•这三个系统参量可以通过System.getProperty()函数得到具体对应的路径。

public class ClassLoaderPathTest {
	public static void main(String args[]) {
		try{
			   System.out.println("BootstrapLoader's Load path sun.boot.class.path="+
									System.getProperty("sun.boot.class.path"));
			   System.out.println("ExtClassLoader's Load path java.ext.dirs="+
									System.getProperty("java.ext.dirs"));
			   System.out.println("BootstrapLoader's Load path java.class.path="+
									System.getProperty("java.class.path"));
		}catch(Exception e){
			   e.printStackTrace();
		}
	}
}

类加载器的树状组织结构

•有些 JDK 的实现对于父类加载器是引导类加载器的情况，getParent()方法返回null

类加载器的代理模式

•类加载器在尝试自己去查找某个类的字节代码并定义它时，会先代理给其父类加载器，由父类加载器先去尝试加载这个类，依次类推。

•Java虚拟机不仅要看类的全名是否相同，还要看加载此类的类加载器是否一样。只有两者都相同的情况，才认为两个类是相同的。即便是同样的字节代码，被不同的类加载器加载之后所得到的类，也是不同的。

•代理模式是为了保证 Java 核心库的类型安全。通过代理模式，对于 Java 核心库的类的加载工作由引导类加载器来统一完成，保证了 Java 应用所使用的都是同一个版本的 Java 核心库的类，是互相兼容的。

加载类的过程

•真正完成类的加载工作的类加载器和启动这个加载过程的类加载器，有可能不是同一个。真正完成类的加载工作是通过调用defineClass来实现的；而启动类的加载过程是通过调用loadClass来实现的。前者称为一个类的定义加载器（defining loader），后者称为初始加载器（initiating loader）。在Java 虚拟机判断两个类是否相同的时候，使用的是类的定义加载器。也就是说，哪个类加载器启动类的加载过程并不重要，重要的是最终定义这个类的加载器。两种类加载器的关联之处在于：一个类的定义加载器是它引用的其它类的初始加载器。如类com.example.Outer引用了类com.example.Inner，则由类com.example.Outer的定义加载器负责启动类com.example.Inner的加载过程。

开发自己的类加载器

•一般来说，自己开发的类加载器只需要覆写findClass(String name)方法即可。java.lang.ClassLoader类的方法loadClass()封装了前面提到的代理模式的实现。该方法会首先调用findLoadedClass()方法来检查该类是否已经被加载过；如果没有加载过的话，会调用父类加载器的loadClass()方法来尝试加载该类；如果父类加载器无法加载该类的话，就调用findClass()方法来查找该类。因此，为了保证类加载器都正确实现代理模式，在开发自己的类加载器时，最好不要覆写loadClass()方法，而是覆写findClass()方法。

自定义类加载器代码示例:

package classloader;

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader {
	private String rootDir;

	public FileSystemClassLoader(String rootDir) {
		this.rootDir = rootDir;
	}

	protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
		byte[] classData = getClassData(name);
		if (classData == null) {
			throw new ClassNotFoundException();
		} else {
			return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
		}
	}

	private byte[] getClassData(String className) {
		String path = classNameToPath(className);
		try {
			InputStream ins = new FileInputStream(path);
			ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
			int bufferSize = 4096;
			byte[] buffer = new byte[bufferSize];
			int bytesNumRead = 0;
			while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1) {
				baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
			}
			return baos.toByteArray();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return null;
	}

	private String classNameToPath(String className) {
		return rootDir + File.separatorChar
				+ className.replace('.', File.separatorChar) + ".class";
	}
}