JAVA虚拟机14 类加载器

1.简介

　　Java虚拟机设计团队有意把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述该类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何去获取所需的类。实现这个动作的代码被称为“类加载器”（Class Loader）

 

2.类相等

　　类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远超类加载阶段。对于任意一个类，都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达得更通俗一些：比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个Java虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。这里所指的“相等”，包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果，也包括了使用instanceof关键字做对象所属关系判定等各种情况

public class ClassLoaderTest4 {

    public static void main(String[] args) throws Exception {//这里重写了loadClass方法，没有按双亲委派机制向上查找，双亲委派机制被破坏
        ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
            @Override
            public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try {
                        String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1)+".class";
                        InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                        if (is == null) {
                            return super.loadClass(name);
                        }
                        byte[] b = new byte[is.available()];
                        is.read(b); 
　　　　　　　　　　　　　　 return defineClass(name, b, 0, b.length);
                    } catch (IOException e) {
                        throw new ClassNotFoundException(name);
                    }
                }
            };
        Object obj = myLoader.loadClass("com.ruoyi.weixin.user.Test.ClassLoaderTest4").newInstance();
        System.out.println(obj.getClass());
        Class<?> aClass = Class.forName("com.ruoyi.weixin.user.Test.ClassLoaderTest4");
        System.out.println(obj instanceof com.ruoyi.weixin.user.Test.ClassLoaderTest4);

        System.out.println("------------------");
        ClassLoader classLoader = aClass.getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        ClassLoader classLoader1 = obj.getClass().getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);
    }
}

执行结果

class com.ruoyi.weixin.user.Test.ClassLoaderTest4
false
------------------
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
com.ruoyi.weixin.user.Test.ClassLoaderTest4$1@2dda6444

　　

　　明明obj 的类型就是class com.ruoyi.weixin.user.Test.ClassLoaderTest4，但是instanceof 的结果却是false

　　这是因为Java虚拟机中同时存在了两个ClassLoaderTest类，一个是由虚拟机的应用程序类加载器(sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2)所加载的，另外一个是由我们自定义的类加载器(com.ruoyi.weixin.user.Test.ClassLoaderTest4$1@2dda6444)加载的，虽然它们都来自同一个Class文件，但在Java虚拟机中仍然是两个互相独立的类，做对象所属类型检查时的结果自然为false

 

3.类加载器分类

　　站在Java虚拟机的角度来看，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（BootstrapClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另外一种就是其他所有的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立存在于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

　　站在Java开发人员的角度来看，类加载器就应当划分得更细致一些。自JDK 1.2以来，Java一直保持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构。绝大多数Java程序都会使用到以下3个系统提供的类加载器来进行加载。

 

3.1启动类加载器（Bootstrap Class Loader）

　　这个类加载器负责加载存放在<JAVA_HOME>\lib目录，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中存放的，而且是Java虚拟机能够识别的（按照文件名识别，如rt.jar、tools.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机的内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器去处理，那直接使用null代替即可

3.2扩展类加载器（Extension Class Loader）

　　这个类加载器是在类sun.misc.Launcher$ExtClassLoader中以Java代码的形式实现的。它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库。根据“扩展类加载器”这个名称，就可以推断出这是一种Java系统类库的扩展机制，JDK的开发团队允许用户将具有通用性的类库放置在ext目录里以扩展Java SE的功能，在JDK9之后，这种扩展机制被模块化带来的天然的扩展能力所取代。由于扩展类加载器是由Java代码实现的，开发者可以直接在程序中使用扩展类加载器来加载Class文件

3.3应用程序类加载器（Application Class Loader）

　　这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于应用程序类加载器是ClassLoader类中的getSystem-ClassLoader()方法的返回值，所以有些场合中也称它为“系统类加载器”。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所有的类库，开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器

4.双亲委派机制

4.1简介

　　JDK 9之前的Java应用都是由这三种类加载器互相配合来完成加载的，如果用户认为有必要，还可以加入自定义的类加载器来进行拓展，典型的如增加除了磁盘位置之外的Class文件来源，或者通过类加载器实现类的隔离、重载等功能

　　上图展示的各种类加载器之间的层次关系被称为类加载器的“双亲委派模型（Parents DelegationModel）”。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载器。不过这里类加载器之间的父子关系一般不是以继承（Inheritance）的关系来实现的，而是通常使用组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。类加载器的双亲委派模型在JDK 1.2时期被引入，并被广泛应用于此后几乎所有的Java程序中，但它并不是一个具有强制性约束力的模型，而是Java设计者们推荐给开发者的一种类加载器实现的最佳实践。

 

4.2双亲委派模型的工作过程

　　如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。

　　使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，一个显而易见的好处就是Java中的类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都能够保证是同一个类。

　　这段代码的逻辑清晰易懂：

　　　　先检查请求加载的类型是否已经被加载过

　　　　若没有则调用父加载器的loadClass()方法

　　　　若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。

　　　　假如父类加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常的话，才调用自己的findClass()方法尝试进行加载

　　

4.3双亲委派机制破坏

　　双亲委派模型的第一次“被破坏”其实发生在双亲委派模型出现之前——即JDK 1.2面世以前的“远古”时代。由于双亲委派模型在JDK 1.2之后才被引入，但是类加载器的概念和抽象类java.lang.ClassLoader则在Java的第一个版本中就已经存在，面对已经存在的用户自定义类加载器的代码，Java设计者们引入双亲委派模型时不得不做出一些妥协，为了兼容这些已有代码，无法再以技术手段避免loadClass()被子类覆盖的可能性，只能在JDK 1.2之后的java.lang.ClassLoader中添加一个新的protected方法findClass()，并引导用户编写的类加载逻辑时尽可能去重写这个方法，而不是在loadClass()中编写代码。按照loadClass()方法的逻辑，如果父类加载失败，会自动调用自己的findClass()方法来完成加载，这样既不影响用户按照自己的意愿去加载类，又可以保证新写出来的类加载器是符合双亲委派规则的