深入理解Java虚拟机 - 类加载器

 2019-12-22 11:02  阅读(873)
文章分类:JVM

类加载器基本概念

顾名思义,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,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。

基本上所有的类加载器都是 java.lang.ClassLoader类的一个实例。下面详细介绍这个 Java 类。

java.lang.ClassLoader类介绍

java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称,找到或者生成其对应的字节代码,然后从这些字节代码中定义出一个 Java 类,即 java.lang.Class类的一个实例。除此之外,ClassLoader还负责加载 Java 应用所需的资源,如图像文件和配置文件等。

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,通过getParent()方法可以得到。对于系统提供的类加载器来说,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类如同其他的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。图 1中给出了一个典型的类加载器树状组织结构示意图,其中的箭头指向的是父类加载器。

2019120001493\_1.png

加载顺序

看到上面系统提供的三个类加载器,那它们的加载顺序如何呢?

  • 引导类加载器(bootstrap class loader)
  • 扩展类加载器(extensions class loader)
  • 系统类加载器(system class loader)

每个类加载器都有一个父加载器

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。如下代码通过递归调用 getParent()方法来输出全部的父类加载器。

public class ClassLoaderTree {
        public static void main(String[] args) {
            ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader();

            while (loader != null) {
                System.out.println(loader.toString());
                loader = loader.getParent();
            }
        }
    }

运行结果如下所示:

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@164dbd5
    sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@9cb0f4

第一个输出的是 ClassLoaderTree类的类加载器,即系统类加载器。它是 sun.misc.LauncherAppClassLoader类的实例;第二个输出的是扩展类加载器,是sun.misc.LauncherExtClassLoader类的实例。需要注意的是这里并没有输出引导类加载器,这是由于有些 JDK 的实现对于父类加载器是引导类加载器的情况,getParent()方法返回 null。

Class.forName

Class.forName是一个静态方法,同样可以用来加载类。该方法有两种形式:Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)Class.forName(String className)。第一种形式的参数 name表示的是类的全名;initialize表示是否初始化类;loader表示加载时使用的类加载器。第二种形式则相当于设置了参数 initialize的值为 true,loader的值为当前类的类加载器。Class.forName的一个很常见的用法是在加载数据库驱动的时候。如 Class.forName(“oracle.jdbc.driver.OracleDriver”).newInstance()用来加载 Oracle 数据库的驱动。

双亲委托

Java中ClassLoader的加载采用了双亲委托机制,采用双亲委托机制加载类的时候采用如下的几个步骤

  • 1、当前ClassLoader首先从自己已经加载的类中查询是否此类已经加载,如果已经加载则直接返回原来已经加载的类。
  • 2、当前classLoader的缓存中没有找到被加载的类的时候,委托父类加载器去加载,父类加载器采用同样的策略,首先查看自己的缓存,然后委托父类的父类去加载,一直到bootstrp ClassLoader
  • 3、当所有的父类加载器都没有加载的时候,再由当前的类加载器加载,并将其放入它自己的缓存中,以便下次有加载请求的时候直接返回
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