理解Java ClassLoader机制

再次阅读这篇文章时，有了更深的体会，特转载之。

理解Java ClassLoader机制

当JVM（Java虚拟机）启动时，会形成由三个类加载器组成的初始类加载器层次结构：

bootstrap classloader
|
extension classloader
|
system classloader

 
bootstrap classloader －引导（也称为原始）类加载器，它负责加载Java的核心类。在Sun的JVM中，在执行java的命令中使用-Xbootclasspath选项或使用 - D选项指定sun.boot.class.path系统属性值可以指定附加的类。这个加载器的是非常特殊的，它实际上不是 java.lang.ClassLoader的子类，而是由JVM自身实现的。大家可以通过执行以下代码来获得bootstrap classloader加载了那些核心类库：

1	URL[] urls=sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();

2	for (int i = 0; i < urls.length; i++) {

3	System.out.println(urls.toExternalform());

4

}

extension classloader －扩展类加载器，它负责加载JRE的扩展目录（JAVA_HOME/jre/lib/ext或者由java.ext.dirs系统属性指定的）中JAR的 类包。这为引入除Java核心类以外的新功能提供了一个标准机制。因为默认的扩展目录对所有从同一个JRE中启动的JVM都是通用的，所以放入这个目录的 JAR类包对所有的JVM和system classloader都是可见的。在这个实例上调用方法getParent()总是返回空值null，因为引导加载器bootstrap classloader不是一个真正的ClassLoader实例。所以当大家执行以下代码时：
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
ClassLoader extensionClassloader=ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
System.out.println("the parent of extension classloader : "+extensionClassloader.getParent());
结果为：
C:\j2sdk1.4.1_01\jre\lib\ext
the parent of extension classloader : null
extension classloader是system classloader的parent，而bootstrap classloader是extension classloader的parent，但它不是一个实际的classloader，所以为null。

system classloader －系统（也称为应用）类加载器，它负责在JVM被启动时，加载来自在命令java中的-classpath或者java.class.path系统属性或 者 CLASSPATH操作系统属性所指定的JAR类包和类路径。总能通过静态方法ClassLoader.getSystemClassLoader()找 到该类加载器。如果没有特别指定，则用户自定义的任何类加载器都将该类加载器作为它的父加载器。执行以下代码即可获得：
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
输出结果则为用户在系统属性里面设置的CLASSPATH。
classloader 加载类用的是全盘负责委托机制。所谓全盘负责，即是当一个classloader加载一个Class的时候，这个Class所依赖的和引用的所有 Class也由这个classloader负责载入，除非是显式的使用另外一个classloader载入；委托机制则是先让parent（父）类加载器 (而不是super，它与parent classloader类不是继承关系)寻找，只有在parent找不到的时候才从自己的类路径中去寻找。此外类加载还采用了cache机制，也就是如果 cache中保存了这个Class就直接返回它，如果没有才从文件中读取和转换成Class，并存入cache，这就是为什么我们修改了Class但是必 须重新启动JVM才能生效的原因。

类加载器的顺序是：
先是bootstrap classloader，然后是extension classloader，最后才是system classloader。大家会发现加载的Class越是重要的越在靠前面。这样做的原因是出于安全性的考虑，试想如果system classloader“亲自”加载了一个具有破坏性的“java.lang.System”类的后果吧。这种委托机制保证了用户即使具有一个这样的类， 也把它加入到了类路径中，但是它永远不会被载入，因为这个类总是由bootstrap classloader来加载的。大家可以执行一下以下的代码：
System.out.println(System.class.getClassLoader());
将会看到结果是null，这就表明java.lang.System是由bootstrap classloader加载的，因为bootstrap classloader不是一个真正的ClassLoader实例，而是由JVM实现的，正如前面已经说过的。

下面就让我们来看看JVM是如何来为我们来建立类加载器的结构的：
sun.misc.Launcher，顾名思义，当你执行java命令的时候，JVM会先使用bootstrap classloader载入并初始化一个Launcher，执行下来代码：
System.out.println("the Launcher's classloader is "+sun.misc.Launcher.getLauncher().getClass().getClassLoader());
结果为：
the Launcher's classloader is null (因为是用bootstrap classloader加载,所以class loader为null)
Launcher 会根据系统和命令设定初始化好class loader结构，JVM就用它来获得extension classloader和system classloader,并载入所有的需要载入的Class，最后执行java命令指定的带有静态的main方法的Class。extension classloader实际上是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类的一个实例，system classloader实际上是sun.misc.Launcher$AppClassLoader类的一个实例。并且都是 java.net.URLClassLoader的子类。

让我们来看看Launcher初试化的过程的部分代码。

Launcher的部分代码：

01	public class Launcher {

02	public Launcher() {

03	ExtClassLoader extclassloader;

04

try {

05	//初始化extension classloader

06	extclassloader = ExtClassLoader.getExtClassLoader();

07	} catch(IOException ioexception) {

08	throw new InternalError("Could not create extension class loader");

09

}

10

try {

11	//初始化system classloader，parent是extension classloader

12	loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extclassloader);

13	} catch(IOException ioexception1) {

14	throw new InternalError("Could not create application class loader");

15

}

16	//将system classloader设置成当前线程的context classloader（将在后面加以介绍）

17	Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);

18

......

19

}

20	public ClassLoader getClassLoader() {

21	//返回system classloader

22	return loader;

23

}

24

}

extension classloader的部分代码：

01	static class Launcher$ExtClassLoader extends URLClassLoader {

02

03	public static Launcher$ExtClassLoader getExtClassLoader()

04	throws IOException

05

{

06	File afile[] = getExtDirs();

07	return (Launcher$ExtClassLoader)AccessController.doPrivileged(new Launcher$1(afile));

08

}

09	private static File[] getExtDirs() {

10	//获得系统属性“java.ext.dirs”

11	String s = System.getProperty("java.ext.dirs");

12	File afile[];

13	if(s != null) {

14	StringTokenizer stringtokenizer = new StringTokenizer(s, File.pathSeparator);

15	int i = stringtokenizer.countTokens();

16	afile = new File;

17	for(int j = 0; j < i; j++)

18	afile[j] = new File(stringtokenizer.nextToken());

19

20

} else {

21	afile = new File[0];

22

}

23	return afile;

24

}

25

}

system classloader的部分代码：

01	static class Launcher$AppClassLoader extends URLClassLoader

02

{

03

04	public static ClassLoader getAppClassLoader(ClassLoader classloader)

05	throws IOException

06

{

07	//获得系统属性“java.class.path”

08	String s = System.getProperty("java.class.path");

09	File afile[] = s != null ? Launcher.access$200(s) : new File[0];

10	return (Launcher$AppClassLoader)AccessController.doPrivileged(new Launcher$2(s, afile, classloader));

11

}

12

}