018.Java类加载器

 

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。

 

• 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。

 

java.lang.classloader类

• 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；

方法	说明
getparent()	返回该类加载器的父类加载器。
loadclass(string name)	加载名称为 name的类，返回的结果是 java.lang.class类的实例。
findclass(string name)	查找名称为 name的类，返回的结果是 java.lang.class类的实例。
findloadedclass(string name)	查找名称为 name的已经被加载过的类，返回的结果是 java.lang.class类的实例。
defineclass(string name, byte[] b, int off, int len)	把字节数组 b中的内容转换成 java 类，返回的结果是 java.lang.class类的实例。这个方法被声明为 final的。
resolveclass(class<?> c)	链接指定的 java 类。

表示类名称的 name参数的值是类的二进制名称。需要注意的是内部类的表示，如 com.example.sample$1和 com.example.sample$inner等表示方式。

 

• 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3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。

 

 

public class classloadertree { 
 
   public static void main(string[] args) { 
       classloader loader = classloadertree.class.getclassloader(); 
        //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
       while (loader != null) { 
           system.out.println(loader.tostring()); 
           loader = loader.getparent(); 
       } 
   } 
}    

//输出
sun.misc.launcher$appclassloader@9304b1   //系统类加载器实例
sun.misc.launcher$extclassloader@190d11   //扩展类加载器实例

 

 

类加载器的代理模式

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。

 

• 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（定义加载器）是否一样。只有两者都相同的情况，才认为两个类是相同的

• 代理模式是为了保证 java 核心库的类型安全

通过代理模式，对于 java 核心库的类的加载工作由引导类加载器来统一完成，保证了 java 应用所使用的都是同一个版本的 java 核心库的类，是互相兼容的。

• 相同名称的类可以并存在 java 虚拟机中，只需要用不同的类加载器来加载它们即可。

不同类加载器加载的类之间是不兼容的，这就相当于在 java 虚拟机内部创建了一个个相互隔离的 java 类空间。

 

加载类的过程

加载 + 启动加载

• 真正完成类的加载工作是通过调用加载器的 defineclass来实现的；而启动类的加载工过程是通过调用加载器的 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。

 

• 对于一个类加载器实例来说，相同全名的类只加载一次

 

 

线程上下文类加载器

　　类 java.lang.thread中的方法 getcontextclassloader()和 setcontextclassloader(classloader cl)用来获取和设置线程的上下文类加载器。

　　如果没有通过 setcontextclassloader(classloader cl)方法进行设置的话，线程将继承其父线程的上下文类加载器。

　　java 应用运行的初始线程的上下文类加载器是系统类加载器。在线程中运行的代码可以通过此类加载器来加载类和资源。

 

• 在 spi 接口的代码中使用线程上下文类加载器，就可以成功的加载到 spi 实现的类。

 

一种加载类的方法 class.forname

该方法有两种形式：

class.forname(string name, boolean initialize, classloader loader)和

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("org.apache.derby.jdbc.embeddeddriver").newinstance()　　//用来加载 apache derby 数据库的驱动。

 

 

开发自己的类加载器

• 文件系统类加载器

　　加载存储在文件系统上的 java 字节代码，通过 类 filesystemclassloader 的 defineclass()方法来把这些字节代码转换成 java.lang.class类的实例。

• 网络类加载器

　　类 networkclassloader负责通过网络下载 java 类字节代码并定义出 java 类。

 

 

类加载器与 web 容器

• 运行在 java ee™容器中的 web 应用来说，类加载器的实现方式与一般的 java 应用有所不同

　　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。

 

• 绝大多数情况下，web 应用的开发人员不需要考虑与类加载器相关的细节。下面给出几条简单的原则：

每个 web 应用自己的 java 类文件和使用的库的 jar 包，分别放在 web-inf/classes和 web-inf/lib目录下面。

多个应用共享的 java 类文件和 jar 包，分别放在 web 容器指定的由所有 web 应用共享的目录下面。

当出现找不到类的错误时，检查当前类的类加载器和当前线程的上下文类加载器是否正确。

 

 

类加载器与 osgi

osgi™是 java 上的动态模块系统。它为开发人员提供了面向服务和基于组件的运行环境，并提供标准的方式用来管理软件的生命周期。

• osgi 中的每个模块（bundle）都包含 java 包和类

osgi 中的每个模块都有对应的一个类加载器。它负责加载模块自己包含的 java 包和类。当它需要加载 java 核心库的类时（以 java开头的包和类），它会代理给父类加载器（通常是启动类加载器）来完成。当它需要加载所导入的 java 类时，它会代理给导出此 java 类的模块来完成加载。

 

• 面提供几条比较好的建议

如果一个类库只有一个模块使用，把该类库的 jar 包放在模块中，在 bundle-classpath中指明即可。

如果一个类库被多个模块共用，可以为这个类库单独的创建一个模块，把其它模块需要用到的 java 包声明为导出的。其它模块声明导入这些类。

如果类库提供了 spi 接口，并且利用线程上下文类加载器来加载 spi 实现的 java 类，有可能会找不到 java 类。如果出现了 noclassdeffounderror异常，首先检查当前线程的上下文类加载器是否正确。通过 thread.currentthread().getcontextclassloader()就可以得到该类加载器。该类加载器应该是该模块对应的类加载器。如果不是的话，可以首先通过 class.getclassloader()来得到模块对应的类加载器，再通过 thread.currentthread().setcontextclassloader()来设置当前线程的上下文类加载器。