Java的类加载器
一、类加载器的概念
类加载器(class loader)用来加载 Java 类到 Java 虚拟机中。一般来说,Java 虚拟机使用 Java 类的方式如下:Java 源程序(.java 文件)在经过 Java 编译器编译之后就被转换成 Java 字节代码(.class 文件)。类加载器负责读取 Java 字节代码到java虚拟机中并转换成java.lang.Class
类的一个实例。每个这样的实例用来表示一个 Java 类。通过此实例的 newInstance()
方法就可以创建出该类的一个对象。实际的情况可能更加复杂,比如 Java 字节代码可能是通过工具动态生成的,也可能是通过网络下载的。基本上所有的类加载器都是 java.lang.ClassLoader
类的一个实例。
二、类加载器的树状组织结构
Java 中的类加载器大致可以分成两类,一类是系统提供的,另外一类则是由 Java 应用开发人员编写的。
系统提供的类加载器主要有下面三个:
- 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。 - 除了系统提供的类加载器以外,开发人员可以通过继承
java.lang.ClassLoader
类的方式实现自己的类加载器,以满足一些特殊的需求。除了引导类加载器之外,所有的类加载器都有一个父类加载器。系统类加载器的父类加载器是扩展类加载器,而扩展类加载器的父类加载器是引导类加载器;对于开发人员编写的类加载器来说,其父类加载器是加载此类加载器 Java 类的类加载器。因为类加载器 Java 类如同其它的 Java 类一样,也是要由类加载器来加载的。一般来说,开发人员编写的类加载器的父类加载器是系统类加载器。类加载器通过这种方式组织起来,形成树状结构。树的根节点就是引导类加载器。
每个 Java 类都维护着一个指向定义它的类加载器的引用,通过 getClassLoader()
方法就可以获取到此引用。
Java 虚拟机是如何判定两个 Java 类是相同的: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。
三、加载类的过程
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。
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。类加载器在成功加载某个类之后,会把得到的 java.lang.Class
类的实例缓存起来。下次再请求加载该类的时候,类加载器会直接使用缓存的类的实例,而不会尝试再次加载。也就是说,对于一个类加载器实例来说,相同全名的类只加载一次,即 loadClass
方法不会被重复调用。
四、类加载器与web容器
拿Apache Tomcat 来说,每个 Web 应用都有一个对应的类加载器实例。该类加载器也使用代理模式,所不同的是它是首先尝试去加载某个类,如果找不到再代理给父类加载器。这与一般类加载器的顺序是相反的。这是 Java Servlet 规范中的推荐做法,其目的是使得 Web 应用自己的类的优先级高于 Web 容器提供的类。这种代理模式的一个例外是:Java 核心库的类是不在查找范围之内的。这也是为了保证 Java 核心库的类型安全。
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