<4-2> 虚拟机类加载机制 -- 类加载器
程序员文章站
2022-04-03 16:03:52
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虚拟机设计团队把类加载阶段中的"通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流"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要的类 。实现这个动作的代码模块被称为"类加载器"。
类加载器可以说是Java语言的一项创新，也是Java语言流行的重要原因之一，它最初是为了满足Java Applet的需求而被开发出来的 。如今Java Applet技术基本上已经死掉 ，但类加载器却在类层次划分、OSGi、热部署、代码加密等领域大放异彩，成为了Java技术体系中一块重要的基石，真可谓是失之桑榆，收之东隅 。
4.4.1 类与类加载器
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远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性。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之下才有意义，否则，即使这两个类是来源于同一个Class 文件，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、 islnstance()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情况 。
4.4.2 双亲委派模型
站在Java虚拟机的角度讲，只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器( Bootstrap ClassLoader ) ，这个类加载器使用C++ 语言实现 ，是虚拟机自身的一部分: 另外一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由 Java 语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader.
从Java 开发人员的角度来看，类加载器就还可以划分得更细致一些，绝大部分Java程序都会使用到以下三种系统提供的类加载器:
1)启动类加载器 ( Bootstrap ClassLoader) :前面已经介绍过，这个类加载器负责将存放在 <JAVA_HOME>\lib 目录中的，或者被-Xbootclasspath 参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的 (仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中 。启动类加载器无法被 Java 程序直接引用 。
2）扩展类加载器( Extension ClassLoader):这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载 <JAVA_HOME>\lib\ext 目录中的，或者被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器 。
3)应用程序类加载器 ( Application ClassLoader ) :这个类加载器由 sun.mmsc.Launcher$AppClassLoader来实现 。由于这个类加载器是 ClassLoader中的 getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器 。它负责加载用户类路径( ClassPatb )上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，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。
我们的应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系一般如下图：
图中所展示的类加载器之间的这种层次关系，就称为类加载器的双亲委派模型（Parents Delegation Model）。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当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。
双亲委派模型的工作过程是：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加载。
使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是java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是同一个类。相反，如果没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己写了一个名为java.lang.Object 的类， 并放在程序的 ClassPath 中，那系统中将会出现多个不同的 Object 类 ， Java类型体系中最基础的行为也就无从保证，应用程序也将会变得一片混乱。如果您有兴趣的话，可以尝试去写一个与此Jar类库中已有类重名的 Java 类，将会发现可以正常编译，但永远无法被加载运行.
双亲委派模型对于保证 Java 程序的稳定运作很重要，但它的实现却非常简单，实现双亲委派的代码都集中在 java.lang.ClassLoader 的 loadClass()方法之中:先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父加载器的 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 。如果父类加载失败，则在抛出 ClassNotFoundException 异常后，再调用自己的 findClass()方法进行加载。
4.5 本章小结
《4-1》和本篇《4-2》介绍了类加载过程的"加载"、"验证"、"准备"、"解析"和"初始化"五个阶段中虚拟机进行了哪些动作，还介绍了类加载器的工作原理及其对虚拟机的意义 。
参考资料：
《深入理解java虚拟机》
类加载器可以说是Java语言的一项创新，也是Java语言流行的重要原因之一，它最初是为了满足Java Applet的需求而被开发出来的 。如今Java Applet技术基本上已经死掉 ，但类加载器却在类层次划分、OSGi、热部署、代码加密等领域大放异彩，成为了Java技术体系中一块重要的基石，真可谓是失之桑榆，收之东隅 。
4.4.1 类与类加载器
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远不限于类加载阶段。对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性。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之下才有意义，否则，即使这两个类是来源于同一个Class 文件，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、 islnstance()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情况 。
4.4.2 双亲委派模型
站在Java虚拟机的角度讲，只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器( Bootstrap ClassLoader ) ，这个类加载器使用C++ 语言实现 ，是虚拟机自身的一部分: 另外一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由 Java 语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader.
从Java 开发人员的角度来看，类加载器就还可以划分得更细致一些，绝大部分Java程序都会使用到以下三种系统提供的类加载器:
1)启动类加载器 ( Bootstrap ClassLoader) :前面已经介绍过，这个类加载器负责将存放在 <JAVA_HOME>\lib 目录中的，或者被-Xbootclasspath 参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的 (仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在 lib 目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中 。启动类加载器无法被 Java 程序直接引用 。
2）扩展类加载器( Extension ClassLoader):这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载 <JAVA_HOME>\lib\ext 目录中的，或者被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器 。
3)应用程序类加载器 ( Application ClassLoader ) :这个类加载器由 sun.mmsc.Launcher$AppClassLoader来实现 。由于这个类加载器是 ClassLoader中的 getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器 。它负责加载用户类路径( ClassPatb )上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，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。
我们的应用程序都是由这三种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系一般如下图：
图中所展示的类加载器之间的这种层次关系，就称为类加载器的双亲委派模型（Parents Delegation Model）。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当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系来实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。
双亲委派模型的工作过程是：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加载。
使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是java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是同一个类。相反，如果没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己写了一个名为java.lang.Object 的类， 并放在程序的 ClassPath 中，那系统中将会出现多个不同的 Object 类 ， Java类型体系中最基础的行为也就无从保证，应用程序也将会变得一片混乱。如果您有兴趣的话，可以尝试去写一个与此Jar类库中已有类重名的 Java 类，将会发现可以正常编译，但永远无法被加载运行.
双亲委派模型对于保证 Java 程序的稳定运作很重要，但它的实现却非常简单，实现双亲委派的代码都集中在 java.lang.ClassLoader 的 loadClass()方法之中:先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父加载器的 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 。如果父类加载失败，则在抛出 ClassNotFoundException 异常后，再调用自己的 findClass()方法进行加载。
4.5 本章小结
《4-1》和本篇《4-2》介绍了类加载过程的"加载"、"验证"、"准备"、"解析"和"初始化"五个阶段中虚拟机进行了哪些动作，还介绍了类加载器的工作原理及其对虚拟机的意义 。
参考资料：
《深入理解java虚拟机》
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