第五章 类加载器ClassLoader源码解析

说明：了解ClassLoader前，先了解 第四章 类加载机制

1、ClassLoader作用

• 类加载流程的"加载"阶段是由类加载器完成的。

2、类加载器结构

结构：BootstrapClassLoader（祖父）-->ExtClassLoader（爷爷）-->AppClassLoader(也称为SystemClassLoader)（爸爸）-->自定义类加载器（儿子）

关系：看括号中的排位；彼此相邻的两个为父子关系，前为父，后为子

2.1、BootstrapClassLoader

• 下边简称为boot
• C++编写
• 为ExtClassLoader的父类，但是通过ExtClassLoader的getParent()获取到的是null（在类加载器部分：null就是指boot）
• 主要加载：E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar（最重要的就是：rt.jar）

2.2、ExtClassLoader：

• 下边简称为ext
• java编写，位于sun.misc包下，该包在你导入源代码的时候是没有的，需要重新去下
• 主要加载：E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar（eg.dnsns.jar）

2.3、AppClassLoader：

• 下边简称为app
• java编写，位于sun.misc包下
• 主要加载：类路径下的jar

2.4、自定义类加载器：

• 下边简称为custom
• 自己编写的类加载器，需要继承ClassLoader类或URLClassLoader，并至少重写其中的findClass(String name)方法，若想打破双亲委托机制，需要重写loadClass方法
• 主要加载：自己指定路径的class文件

3、全盘负责机制

概念：假设ClassLoaderA要加载class B，但是B引用了class C，那么ClassLoaderA先要加载C，再加载B，"全盘"的意思就是，加载B的类加载器A，也会加载B所引用的类

4、双亲委托机制

这也是类加载器加载一个类的整个过程。

过程：假设我现在从类路径下加载一个类A，

1）那么app会先查找是否加载过A，若有，直接返回；

2）若没有，去ext检查是否加载过A，若有，直接返回；

3）若没有，去boot检查是否加载过A，若有，直接返回；

4）若没有，那就boot加载，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下找到了指定名称的类，则加载，结束；

5）若没找到，boot加载失败；

6）ext开始加载，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下找到了指定名称的类，则加载，结束；

7）若没找到，ext加载失败；

8）app加载，若在类路径下找到了指定名称的类，则加载，结束；

9）若没有找到，抛出异常ClassNotFoundException

注意：

• 在上述过程中的1）2）3）4）6）8）后边，都要去判断是否需要进行"解析"过程 （"解析"见 第四章 类加载机制）
• 类的加载过程只有向上的双亲委托，没有向下的查询和加载，假设是ext在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下加载一个类，那么整个查询与加载的过程与app无关。
• 假设A加载成功了，那么该类就会缓存在当前的类加载器实例对象C中，key是（A，C）（其中A是类的全类名，C是加载A的类加载器对象实例），value是对应的java.lang.Class对象
• 上述的1）2）3）都是从相应的类加载器实例对象的缓存中进行查找
• 进行缓存的目的是为了同一个类不被加载两次
• 使用（A,C）做key是为了隔离类，假设现在有一个类加载器B也加载了A，key为（A,B），则这两个A是不同的A。这种情况怎么发生呢？
  • 假设有custom1、custom2两个自定义类加载器，他们是兄弟关系，同时加载A，这就是有可能的了

总结：

• 从底向上检查是否加载过指定名称的类；从顶向下加载该类。（在其中任何一个步骤成功之后，都会中止类加载过程）
• 双亲委托的好处：假设自己编写了一个java.lang.Object类，编译后置于类路径下，此时在系统中就有两个Object类，一个是rt.jar的，一个是类路径下的，在类加载的过程中，当要按照全类名去加载Object类时，根据双亲委托，boot会加载rt.jar下的Object类，这是方法结束，即类路径下的Object类就没有加载了。这样保证了系统中类不混乱。

5、源代码

     /**
      * 根据指定的binary name加载class。
      * 步驟：
      * 假设我现在从类路径下加载一个类A，
      * 1）那么app会先查找是否加载过A（findLoadedClass(name)），若有，直接返回；
      * 2）若没有，去ext检查是否加载过A（parent.loadClass(name, false)），若有，直接返回；
      * findBootstrapClassOrNull(name) 3)4)5)都是这个方法
      * 3）若没有，去boot检查是否加载过A，若有，直接返回；
      * 4）若没有，那就boot加载，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下找到了指定名称的类，则加载，结束；
      * 5）若没找到，boot加载失败；
      * findClass(name) 6)7)8)9)都是这个方法
      * 在findClass中调用了defineClass方法，该方法会生成当前类的java.lang.Class对象
      * 6）ext开始加载，若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下找到了指定名称的类，则加载，结束；
      * 7）若没找到，ext加载失败；
      * 8）app加载，若在类路径下找到了指定名称的类，则加载，结束；
      * 9）若没有找到，抛出异常ClassNotFoundException
      * 注意：在上述过程中的1）2）3）4）6）8）后边，都要去判断是否需要进行"解析"过程
      */
     protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
             throws ClassNotFoundException {
         Class c = findLoadedClass(name);//检查要加载的类是不是已经被加载了
         if (c == null) {//没有被加载过
             try {
                 if (parent != null) {
                     //如果父加载器不是boot，递归调用loadClass(name, false)
                     c = parent.loadClass(name, false);
                 } else {//父加载器是boot
                     /*
                      * 返回一个由boot加载过的类;3)
                      * 若没有，就去试着在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下查找 4)
                      * 若在bootstrap class loader的查找范围内没有查找到该类，则返回null 5)
                      */
                     c = findBootstrapClassOrNull(name);
                 }
             } catch (ClassNotFoundException e) {
                 //父类加载器无法完成加载请求
             }
             if (c == null) {
                 //如果父类加载器未找到，再调用本身（这个本身包括ext和app）的findClass(name)来查找类
                 c = findClass(name);
             }
         }
         if (resolve) {
             resolveClass(c);
         }
         return c;
     }

说明：

• 该段代码中引用的大部分方法实质上都是native方法
• 其中findClass方法的类定义如下：

      /**
       * 查找指定binary name的类
       * 该类应该被ClassLoader的实现类重写
       */
      protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
          throw new ClassNotFoundException(name);
      }

• 关于findClass可以查看URLClassLoader.findClass(final String name)，其中引用了defineClass方法，在该方法中将二进制字节流转换为了java.lang.Class对象。

采用模板模式，我们实现自定义类加载器：

public class UserDefineClassLoader extends ClassLoader {
    /**
     * 自定义加载器的名称
     */
    private String loaderName;

    /**
     * 指定自定义加载器的名称
     */
    public UserDefineClassLoader(String loaderName) {
        // 父类加载器 this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader())
        super();
        this.loaderName = loaderName;
    }

    /**
     * 指定父类加载器
     */
    public UserDefineClassLoader(String loaderName, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.loaderName = loaderName;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 1. 读取文件内容为byte[]
        byte[] classBytes = readClassDataFromFile("/Users/jigangzhao/Desktop/A.class");
        // 2. 将byte[]转化为Class
        Class<?> aClass = defineClass("classLoader.A", classBytes, 0, classBytes.length);
        return aClass;
    }
}

附：关于递归

递归基于栈实现。

上述的代码如果不清楚递归的意义是看不清的。

解释：

• app_loadClass()方法执行到ext_loadClass()，这时候对于app_loadClass()中剩余的findClass()会在栈中向下压；
• 然后执行ext_loadClass()，当执行到findBootstrapClassOrNull(name)，这时候ext_loadClass()中剩余的findClass()也会从栈顶向下压，此时ext_loadClass()_findClass()仅仅位于app_loadClass()_findClass()的上方；
• 然后执行findBootstrapClassOrNull(name)，当boot检测过后并且执行完加载后并且没成功，boot方法离开栈顶；
• 然后执行此时栈顶的ext_loadClass()_findClass()
• 然后执行此时栈顶的app_loadClass()_findClass()

这样，就完成了双亲委托机制。

注意点：

类隔离机制

1. 同一个类Dog可以加载两次（只要loader1和loader3不是父子关系即可，加载出的 Class 对象不同），不同运行空间内的类不能互相访问（eg. loader1和loader3不是父子关系，则Loader1加载的Dog不能访问lodaer3加载的Sample）
2. 父类加载器无法访问到子类加载器加载的类，除非使用反射。Eg. Loader1 的父加载器是 系统类加载器，假设 Sample 类由 loader1 加载， 使用 loader1 的类 Test 是由系统类加载器加载的，例如下面这段代码属于 Test 类，那么如果直接使用注释部分的代码（即通过常规的方式使用 Sample 是不行的），必须通过反射。