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Java的神秘世界:为何说ClassLoader 是 Java最神秘的技术之一

发布时间:2019-10-12 13:12 所属栏目:[优化] 来源:java互联网高级架构
导读:ClassLoader 是 Java 届最为神秘的技术之一,无数人被它伤透了脑筋,摸不清门道究竟在哪里。网上的文章也是一篇又一篇,经过本人的亲自鉴定,绝大部分内容都是在误导别人。本文我带读者彻底吃透 ClassLoader,以后其它的相关文章你们可以不必再细看了。 Cl

ClassLoader 是 Java 届最为神秘的技术之一,无数人被它伤透了脑筋,摸不清门道究竟在哪里。网上的文章也是一篇又一篇,经过本人的亲自鉴定,绝大部分内容都是在误导别人。本文我带读者彻底吃透 ClassLoader,以后其它的相关文章你们可以不必再细看了。

Java的神秘世界:为何说ClassLoader 是 Java最神秘的技术之一

ClassLoader 做什么的?

顾名思义,它是用来加载 Class 的。它负责将 Class 的字节码形式转换成内存形式的 Class 对象。字节码可以来自于磁盘文件 *.class,也可以是 jar 包里的 *.class,也可以来自远程服务器提供的字节流,字节码的本质就是一个字节数组 []byte,它有特定的复杂的内部格式。

Java的神秘世界:为何说ClassLoader 是 Java最神秘的技术之一

有很多字节码加密技术就是依靠定制 ClassLoader 来实现的。先使用工具对字节码文件进行加密,运行时使用定制的 ClassLoader 先解密文件内容再加载这些解密后的字节码。每个 Class 对象的内部都有一个 classLoader 字段来标识自己是由哪个 ClassLoader 加载的。ClassLoader 就像一个容器,里面装了很多已经加载的 Class 对象。

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延迟加载

JVM 运行并不是一次性加载所需要的全部类的,它是按需加载,也就是延迟加载。程序在运行的过程中会逐渐遇到很多不认识的新类,这时候就会调用 ClassLoader 来加载这些类。加载完成后就会将 Class 对象存在 ClassLoader 里面,下次就不需要重新加载了。

比如你在调用某个类的静态方法时,首先这个类肯定是需要被加载的,但是并不会触及这个类的实例字段,那么实例字段的类别 Class 就可以暂时不必去加载,但是它可能会加载静态字段相关的类别,因为静态方法会访问静态字段。而实例字段的类别需要等到你实例化对象的时候才可能会加载。

各司其职

JVM 运行实例中会存在多个 ClassLoader,不同的 ClassLoader 会从不同的地方加载字节码文件。它可以从不同的文件目录加载,也可以从不同的 jar 文件中加载,也可以从网络上不同的静态文件服务器来下载字节码再加载。

JVM 中内置了三个重要的 ClassLoader,分别是 BootstrapClassLoader、ExtensionClassLoader 和 AppClassLoader。

BootstrapClassLoader 负责加载 JVM 运行时核心类,这些类位于 $JAVA_HOME/lib/rt.jar 文件中,我们常用内置库 java.xxx.* 都在里面,比如 java.util.、java.io.、java.nio.、java.lang. 等等。这个 ClassLoader 比较特殊,它是由 C 代码实现的,我们将它称之为「根加载器」。

ExtensionClassLoader 负责加载 JVM 扩展类,比如 swing 系列、内置的 js 引擎、xml 解析器 等等,这些库名通常以 javax 开头,它们的 jar 包位于 $JAVA_HOME/lib/ext/*.jar 中,有很多 jar 包。

AppClassLoader 才是直接面向我们用户的加载器,它会加载 Classpath 环境变量里定义的路径中的 jar 包和目录。我们自己编写的代码以及使用的第三方 jar 包通常都是由它来加载的。

那些位于网络上静态文件服务器提供的 jar 包和 class文件,jdk 内置了一个 URLClassLoader,用户只需要传递规范的网络路径给构造器,就可以使用 URLClassLoader 来加载远程类库了。URLClassLoader 不但可以加载远程类库,还可以加载本地路径的类库,取决于构造器中不同的地址形式。ExtensionClassLoader 和 AppClassLoader 都是 URLClassLoader 的子类,它们都是从本地文件系统里加载类库。

AppClassLoader 可以由 ClassLoader 类提供的静态方法 getSystemClassLoader() 得到,它就是我们所说的「系统类加载器」,我们用户平时编写的类代码通常都是由它加载的。当我们的 main 方法执行的时候,这第一个用户类的加载器就是 AppClassLoader。

ClassLoader 传递性

程序在运行过程中,遇到了一个未知的类,它会选择哪个 ClassLoader 来加载它呢?虚拟机的策略是使用调用者 Class 对象的 ClassLoader 来加载当前未知的类。何为调用者 Class 对象?就是在遇到这个未知的类时,虚拟机肯定正在运行一个方法调用(静态方法或者实例方法),这个方法挂在哪个类上面,那这个类就是调用者 Class 对象。前面我们提到每个 Class 对象里面都有一个 classLoader 属性记录了当前的类是由谁来加载的。

因为 ClassLoader 的传递性,所有延迟加载的类都会由初始调用 main 方法的这个 ClassLoader 全全负责,它就是 AppClassLoader。

双亲委派

前面我们提到 AppClassLoader 只负责加载 Classpath 下面的类库,如果遇到没有加载的系统类库怎么办,AppClassLoader 必须将系统类库的加载工作交给 BootstrapClassLoader 和 ExtensionClassLoader 来做,这就是我们常说的「双亲委派」。

Java的神秘世界:为何说ClassLoader 是 Java最神秘的技术之一

AppClassLoader 在加载一个未知的类名时,它并不是立即去搜寻 Classpath,它会首先将这个类名称交给 ExtensionClassLoader 来加载,如果 ExtensionClassLoader 可以加载,那么 AppClassLoader 就不用麻烦了。否则它就会搜索 Classpath 。

而 ExtensionClassLoader 在加载一个未知的类名时,它也并不是立即搜寻 ext 路径,它会首先将类名称交给 BootstrapClassLoader 来加载,如果 BootstrapClassLoader 可以加载,那么 ExtensionClassLoader 也就不用麻烦了。否则它就会搜索 ext 路径下的 jar 包。

这三个 ClassLoader 之间形成了级联的父子关系,每个 ClassLoader 都很懒,尽量把工作交给父亲做,父亲干不了了自己才会干。每个 ClassLoader 对象内部都会有一个 parent 属性指向它的父加载器。

  1. class?ClassLoader?{?
  2. ?...?
  3. ?private?final?ClassLoader?parent;?
  4. ?...?
  5. }?

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