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Java中的類加載器_動(dòng)力節(jié)點(diǎn)Java學(xué)院整理

 更新時(shí)間:2017年06月16日 10:44:10   作者:zhangjg  
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了Java中類加載器的相關(guān)資料,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

從java的動(dòng)態(tài)性到類加載機(jī)制 

Java是一種動(dòng)態(tài)語言。那么怎樣理解這個(gè)“動(dòng)態(tài)”呢?或者說一門語言具備了什么特性,才能稱之為動(dòng)態(tài)語言呢?對(duì)于java,我是這樣理解的。 

JVM(java虛擬機(jī))執(zhí)行的不是本地機(jī)器碼指令,而是執(zhí)行一種稱之為字節(jié)碼的指令(存在于class文件中)。這就要求虛擬機(jī)在真正執(zhí)行字節(jié)碼之前,先把相關(guān)的class文件加載到內(nèi)存中。虛擬機(jī)不是一次性加載所有需要的class文件,因?yàn)樗趫?zhí)行的時(shí)候根本不會(huì)知道以后會(huì)用到哪些class文件。它是每用到一個(gè)類,就會(huì)在運(yùn)行時(shí)“動(dòng)態(tài)地”加載和這個(gè)類相關(guān)的class文件。這就是java被稱之為動(dòng)態(tài)性語言的根本原因。除了動(dòng)態(tài)加載類之外,還會(huì)動(dòng)態(tài)的初始化類,對(duì)類進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接。動(dòng)態(tài)初始化和動(dòng)態(tài)鏈接放在其他文章中進(jìn)行介紹。本文中只關(guān)心類的加載。 

在JVM中負(fù)責(zé)對(duì)類進(jìn)行加載的正是本文要介紹的類加載器(ClassLoader),所以,類加載器是JVM不可或缺的重要組件。 

java中的類加載器及類加載器工作原理 

java中(指的是javase)有三種類加載器。每個(gè)類加載器在創(chuàng)建的時(shí)候已經(jīng)指定他們對(duì)應(yīng)的目錄, 也就是說每個(gè)類加載器去哪里加載類是確定的,我認(rèn)為在ClassLoader類中應(yīng)該會(huì)有g(shù)etTargetPath()之類的方法, 得到他們對(duì)應(yīng)的路徑,找了找jdk的文檔,發(fā)現(xiàn)是沒有的。以下是這三種類加載器和他們對(duì)應(yīng)的路徑: 

 * AppClassLoader  --   加載classpath指定的路徑中的類 
 * ExtClassLoader   --   加載jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下的類 
 * BootStrap           --   加載JRE/lib/rt.jar中的類 

那么類加載器是如何工作的呢?可以參看jdk中ClassLoader類的源碼。這個(gè)類的實(shí)現(xiàn)使用了模板方法模式,首先是loadClass方法來加載類,loadClass方法又調(diào)用了findClass方法,該方法讀取并返回類文件的數(shù)據(jù),findClass方法返回后,loadClass方法繼續(xù)調(diào)用defineClass方法,將返回的數(shù)據(jù)加工成虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)可識(shí)別的類型信息。所以,我們?nèi)绻_發(fā)自己的類加載器,只需要繼承jdk中的ClassLoader類,并覆蓋findClass方法就可以了,剩下的而工作,父類會(huì)完成。其他java平臺(tái)有的根據(jù)自己的需求,實(shí)現(xiàn)了自己特定的類加載器,例如javaee平臺(tái)中的tomcat服務(wù)器,Android平臺(tái)中的dalvik虛擬機(jī)也定義了自己的類加載器。 

虛擬機(jī)加載類有兩種方式,一種方式就是上面提到的ClassLoader.loadClass()方法,另一種是使用反射API,Class.forName()方法,其實(shí)Class.forName()方法內(nèi)部也是使用的ClassLoader。Class類中forName方法的實(shí)現(xiàn)如下: 

public static Class<?> forName(String name, boolean initialize,
  ClassLoader loader)
  throws ClassNotFoundException
 {
 if (loader == null) {
  SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
  if (sm != null) {
 ClassLoader ccl = ClassLoader.getCallerClassLoader();
 if (ccl != null) {
  sm.checkPermission(
 SecurityConstants.GET_CLASSLOADER_PERMISSION);
 }
  }
 }
 return forName0(name, initialize, loader);
 }

 /** Called after security checks have been made. */
 private static native Class forName0(String name, boolean initialize,
   ClassLoader loader)
 throws ClassNotFoundException;
 

類加載器的三個(gè)特性 

類加載器有三個(gè)特性,分別為委派,可見性和單一性,其他文章上對(duì)這三個(gè)特性的介紹如下: 

  * 委托機(jī)制是指將加載一個(gè)類的請(qǐng)求交給父類加載器,如果這個(gè)父類加載器不能夠找到或者加載這個(gè)類,那么再加載它。
  * 可見性的原理是子類的加載器可以看見所有的父類加載器加載的類,而父類加載器看不到子類加載器加載的類。
  * 單一性原理是指僅加載一個(gè)類一次,這是由委托機(jī)制確保子類加載器不會(huì)再次加載父類加載器加載過的類。 

其中,委派機(jī)制是基礎(chǔ),在其他資料中也把這種機(jī)制叫做類加載器的雙親委派模型,其實(shí)說的是同一個(gè)意思。可加性和單一性是依賴于委派機(jī)制的。

以下代碼測試類加載器的委派機(jī)制: 

 ClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
 System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
 
 
 ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
 System.out.println(extClassLoader); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
 //AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader
 
 System.out.println(extClassLoader.getParent()); //null
 //ExtClassLoader的父加載器是null, 也就是BootStrap,這是由c語言實(shí)現(xiàn)的

由打印結(jié)果可知,加載我們自己編寫的類的加載器是AppClassLoader,AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader,在而ExtClassLoader的父加載器返回結(jié)果為null,這說明他的附加載器是BootStrap,這個(gè)加載器是和虛擬機(jī)緊密聯(lián)系在一起的,在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí),就會(huì)加載jdk中的類。它是由C實(shí)現(xiàn)的,沒有對(duì)應(yīng)的java對(duì)象,所以返回null。但是在邏輯上,BootStrap仍是ExtClassLoader的父加載器。也就是說每當(dāng)ExtClassLoader加載一個(gè)類時(shí),總會(huì)委托給BootStrap加載。 

系統(tǒng)類加載器和線程上下文類加載器 

在java中,還存在兩個(gè)概念,分別是系統(tǒng)類加載器和線程上下文類加載器。 

其實(shí)系統(tǒng)類加載器就是AppClassLoader應(yīng)用程序類加載器,它兩個(gè)值得是同一個(gè)加載器,以下代碼可以驗(yàn)證: 

 ClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
 System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
 
 ClassLoader sysClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
 System.out.println(sysClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
 //由上面的驗(yàn)證可知, 應(yīng)用程序類加載器和系統(tǒng)類加載器是相同的, 因?yàn)榈刂肥且粯拥?

 這兩個(gè)類加載器對(duì)應(yīng)的輸出,不僅類名相同,連對(duì)象的哈希值都是一樣的,這充分說明系統(tǒng)類加載器和應(yīng)用程序類加載器不僅是同一個(gè)類,更是同一個(gè)類的同一個(gè)對(duì)象。

每個(gè)線程都會(huì)有一個(gè)上下文類加載器,由于在線程執(zhí)行時(shí)加載用到的類,默認(rèn)情況下是父線程的上下文類加載器, 也就是AppClassLoader。 

 new Thread(new Runnable() {
 
 @Override
 public void run() {
 ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
 System.out.println(threadcontextClassLosder); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
 }
 }).start();

這個(gè)子線程在執(zhí)行時(shí)打印的信息為sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f,可以看到和主線程中的AppClassLoader是同一個(gè)對(duì)象(哈希值相同)。 

也可以為線程設(shè)置特定的類加載器,這樣的話,線程在執(zhí)行時(shí)就會(huì)使用這個(gè)特定的類加載器來加載使用到的類。如下代碼: 

 Thread th = new Thread(new Runnable() {
 
 @Override
 public void run() {
 ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
 System.out.println(threadcontextClassLosder); //jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74
 }
 });
 
 th.setContextClassLoader(new ClassLoader() {});
 
 th.start();

在線程運(yùn)行之前,為它設(shè)置了一個(gè)匿名內(nèi)部類的類加載器對(duì)象,線程運(yùn)行時(shí),輸出的信息為:jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74,也就是我們?cè)O(shè)置的那個(gè)類加載器對(duì)象。 

類加載器的可見性 

下面驗(yàn)證類加載器的可見性,也就是 子類的加載器可以看見所有的父類加載器加載的類,而父類加載器看不到子類加載器加載的類。 

以下代碼使用父加載器ExtClassLoader加載子加載器AppClassLoader路徑下的類,由輸出可知,是不可能實(shí)現(xiàn)的。 

 try {
 Class.forName("jg.zhang.java.testConcurrent.Person", true, 
  ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
 System.out.println("1 -- 類被加載");
 } catch (ClassNotFoundException e) {
 //e.printStackTrace();
 System.out.println("1 -- 未找到類");
 }

輸出為 :1 -- 未找到類 。說明拋出了ClassNotFoundException異常。原因是讓ExtClassLoader加載 jg.zhang.java.testConcurrent.Person這個(gè)類因?yàn)檫@個(gè)類不在jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下,所以拋出ClassNotFoundException。所以父加載器不能加載應(yīng)該被子加載器加載的類。也就是說這個(gè)類在父加載器中不可見。這種機(jī)制依賴于委派機(jī)制。 

下面代碼使用子加載器AppClassLoader 加載父加載器BootStrap中的類,這是可以實(shí)現(xiàn)的。

 try {
 Class.forName("java.lang.String", true, 
  ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
 System.out.println("2 -- 類被加載");
 } catch (ClassNotFoundException e) {
 //e.printStackTrace();
 System.out.println("2 -- 未找到類");
 }

 輸出為:2 -- 類被加載。說明成功加載了String類。是因?yàn)樵谥付ㄓ葾ppClassLoader加載String類時(shí),由AppClassLoader一直委派到BootStrap加載。雖然是由子加載器的父加載器加載的,但是也可以說,父加載器加載的類對(duì)于子加載器來說是可見的。這同樣依賴于委派機(jī)制。其實(shí)在虛擬機(jī)啟動(dòng)初期,java.lang.String已經(jīng)被BootStrap預(yù)加載了,這時(shí)再次加載,虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載,不會(huì)再重復(fù)加載。這同時(shí)也證明了類加載器的單一性。 

測試代碼 

到此為止,類加載器的知識(shí)就全部講完了。以下是整個(gè)測試代碼: 

package jg.zhang.java.testclassloader;


/**
 * 參考ImportNew上的一篇文章<<類加載器的工作原理>>,
 * 文章地址:http://www.importnew.com/6581.html
 * 
 * Java類加載器基于三個(gè)機(jī)制:委托、可見性和單一性。
 * 委托機(jī)制是指將加載一個(gè)類的請(qǐng)求交給父類加載器,如果這個(gè)父類加載器不能夠找到或者加載這個(gè)類,那么再加載它。
 * 可見性的原理是子類的加載器可以看見所有的父類加載器加載的類,而父類加載器看不到子類加載器加載的類。
 * 單一性原理是指僅加載一個(gè)類一次,這是由委托機(jī)制確保子類加載器不會(huì)再次加載父類加載器加載過的類。
 * 
 * 三種類加載器: 每個(gè)類加載器在創(chuàng)建的時(shí)候已經(jīng)指定他們對(duì)應(yīng)的目錄, 也就是說每個(gè)類加載器去哪里加載類是確定的
 * 我認(rèn)為在ClassLoader類中應(yīng)該會(huì)有g(shù)etTargetPath()之類的方法, 得到他們對(duì)應(yīng)的路徑,找了找jdk的文檔,發(fā)現(xiàn)是沒有的.
 * AppClassLoader -- 加載classpath指定的路徑中的類
 * ExtClassLoader -- 加載jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下的類
 * BootStrap  -- 加載JRE/lib/rt.jar中的類
 * 
 * 
 * 
 * @author zhangjg
 *
 */
public class ClassLoaderTest {

 
 public static void main(String[] args) {
 test1();
 test2();
 test3();
 }

 /**
 * 驗(yàn)證線程上下文類加載器
 */
 private static void test3() {
 /**
 * 1 每個(gè)線程都會(huì)有一個(gè)上下文類加載器,由于在線程執(zhí)行時(shí)加載用到的類,默認(rèn)情況下是父線程
 * 的上下文類加載器, 也就是AppClassLoader
 */
 new Thread(new Runnable() {
 
 @Override
 public void run() {
 ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
 System.out.println(threadcontextClassLosder); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
 }
 }).start();
 
 /**
 * 2 也可以給創(chuàng)建的線程設(shè)定特定的上下文類加載器
 */
 Thread th = new Thread(new Runnable() {
 
 @Override
 public void run() {
 ClassLoader threadcontextClassLosder = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
 System.out.println(threadcontextClassLosder); //jg.zhang.java.testclassloader.ClassLoaderTest$3@1b67f74
 }
 });
 
 th.setContextClassLoader(new ClassLoader() {});
 
 th.start();
 }

 /**
 * 測試可見性,可見性依賴于委托機(jī)制
 */
 private static void test2() {
 
 /**
 * 1 讓ExtClassLoader加載 jg.zhang.java.testConcurrent.Person這個(gè)類
 * 因?yàn)檫@個(gè)類不在jre/lib/ext目錄下或者java.ext.dirs系統(tǒng)屬性定義的目錄下
 * 所以拋出ClassNotFoundException
 * 
 * 所以父加載器不能加載應(yīng)該被子加載器加載的類,這個(gè)類在父加載器中不可見
 * 這種機(jī)制依賴于委派機(jī)制
 */
 
 try {
 Class.forName("jg.zhang.java.testConcurrent.Person", true, 
  ClassLoaderTest.class.getClassLoader().getParent());
 System.out.println("1 -- 類被加載");
 } catch (ClassNotFoundException e) {
 //e.printStackTrace();
 System.out.println("1 -- 未找到類");
 }
 
 
 /**
 * 2 讓AppClassLoader加載java.lang.String類
 * 沒有拋出異常,說明類被正常加載了
 * 雖然是由AppClassLoader一直委派到BootStrap而加載的
 * 所以可以說,父加載器加載的類對(duì)于子加載器來說是可見的,這同樣依賴于委派機(jī)制
 * 
 * 其實(shí)在虛擬機(jī)啟動(dòng)初期,java.lang.String已經(jīng)被BootStrap預(yù)加載了
 * 這時(shí)再次加載,虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)加載,不會(huì)再重復(fù)加載
 */
 try {
 Class.forName("java.lang.String", true, 
  ClassLoaderTest.class.getClassLoader());
 System.out.println("2 -- 類被加載");
 } catch (ClassNotFoundException e) {
 //e.printStackTrace();
 System.out.println("2 -- 未找到類");
 }
 
 }

 /**
 * 驗(yàn)證三種類加載器的父子關(guān)系
 */
 private static void test1() {
 ClassLoader appClassLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
 System.out.println(appClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
 
 ClassLoader sysClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
 System.out.println(sysClassLoader); //sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
 //由上面的驗(yàn)證可知, 應(yīng)用程序類加載器和系統(tǒng)類加載器是相同的, 因?yàn)榈刂肥且粯拥?
 
 ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
 System.out.println(extClassLoader); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
 //AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader
 
 System.out.println(extClassLoader.getParent()); //null
 //ExtClassLoader的父加載器是null, 也就是BootStrap,這是由c語言實(shí)現(xiàn)的

 }

}


以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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