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Java ClassLoader原理詳細分析2016
JVM的ClassLoader分三層，分別為Bootstrap ClassLoader，Extension ClassLoader，System ClassLoader，他們不是類繼承的父子關系，是邏輯上的上下級關系。那么Java ClassLoader原理分析，希望對大家有所幫助!
一、什么是ClassLoader?
大家都知道，當我們寫好一個Java程序之后，不是管是CS還是BS應用，都是由若干個.class文件組織而成的一個完整的Java應用程序，當程序在運行時，即會調用該程序的一個入口函數來調用系統的相關功能，而這些功能都被封裝在不同的class文件當中，所以經常要從這個class文件中要調用另外一個class文件中的方法，如果另外一個文件不存在的，則會引發系統異常。而程序在啟動的時候，并不會一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據程序的需要，通過Java的類加載機制(ClassLoader)來動態加載某個class文件到內存當中的，從而只有class文件被載入到了內存之后，才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用來動態加載class文件到內存當中用的。
二、Java默認提供的三個ClassLoader
BootStrap ClassLoader：稱為啟動類加載器，是Java類加載層次中最頂層的類加載器，負責加載JDK中的核心類庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通過如下程序獲得該類加載器從哪些地方加載了相關的jar或class文件：
URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}
以下內容是上述程序從本機JDK環境所獲得的結果：
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/
其實上述結果也是通過查找sun.boot.class.path這個系統屬性所得知的。
System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));
打印結果：C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes
Extension ClassLoader：稱為擴展類加載器，負責加載Java的擴展類庫，默認加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
App ClassLoader：稱為系統類加載器，負責加載應用程序classpath目錄下的所有jar和class文件。
注意： 除了Java默認提供的三個ClassLoader之外，用戶還可以根據需要定義自已的ClassLoader，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類，也包括Java提供的另外二個ClassLoader(Extension ClassLoader和App ClassLoader)在內，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因為它不是一個普通的Java類，底層由C++編寫，已嵌入到了JVM內核當中，當JVM啟動后，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動，負責加載完核心類庫后，并構造Extension ClassLoader和App ClassLoader類加載器。
三、ClassLoader加載類的原理
1、原理介紹
ClassLoader使用的是雙親委托模型來搜索類的，每個ClassLoader實例都有一個父類加載器的引用(不是繼承的關系，是一個包含的關系)，虛擬機內置的類加載器(Bootstrap ClassLoader)本身沒有父類加載器，但可以用作其它ClassLoader實例的的父類加載器。當一個ClassLoader實例需要加載某個類時，它會試圖親自搜索某個類之前，先把這個任務委托給它的父類加載器，這個過程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載，如果沒加載到，則把任務轉交給Extension ClassLoader試圖加載，如果也沒加載到，則轉交給App ClassLoader 進行加載，如果它也沒有加載得到的話，則返回給委托的發起者，由它到指定的文件系統或網絡等URL中加載該類。如果它們都沒有加載到這個類時，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個找到的類生成一個類的定義，并將它加載到內存當中，最后返回這個類在內存中的Class實例對象。
2、為什么要使用雙親委托這種模型呢?
因為這樣可以避免重復加載，當父親已經加載了該類的時候，就沒有必要子ClassLoader再加載一次�？紤]到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時使用自定義的String來動態替代java核心api中定義的類型，這樣會存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因為String已經在啟動時就被引導類加載器(Bootstrcp ClassLoader)加載，所以用戶自定義的ClassLoader永遠也無法加載一個自己寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認算法。
3、 但是JVM在搜索類的時候，又是如何判定兩個class是相同的呢?
JVM在判定兩個class是否相同時，不僅要判斷兩個類名是否相同，而且要判斷是否由同一個類加載器實例加載的。只有兩者同時滿足的情況下，JVM才認為這兩個class是相同的。就算兩個class是同一份class字節碼，如果被兩個不同的ClassLoader實例所加載，JVM也會認為它們是兩個不同class。比如網絡上的一個Java類org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之后生成字節碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個類加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分別定義出了java.lang.Class實例來表示這個類，對于JVM來說，它們是兩個不同的實例對象，但它們確實是同一份字節碼文件，如果試圖將這個Class實例生成具體的對象進行轉換時，就會拋運行時異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個不同的類型。現在通過實例來驗證上述所描述的是否正確：
1)、在web服務器上建一個org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java類
package org.classloader.simple;
public class NetClassLoaderSimple {
private NetClassLoaderSimple instance;
public void setNetClassLoaderSimple(Object obj) {
this.instance = (NetClassLoaderSimple)obj;
}
}
org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類的setNetClassLoaderSimple方法接收一個Object類型參數，并將它強制轉換成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類型。
2)、測試兩個class是否相同(NetWorkClassLoader.java)
package classloader;
public class NewworkClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
try {
//測試加載網絡中的class文件
String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";
String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple";
NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
Class clazz1 = ncl1.loadClass(className);
Class clazz2 = ncl2.loadClass(className);
Object obj1 = clazz1.newInstance();
Object obj2 = clazz2.newInstance();
clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
首先獲得網絡上一個class文件的二進制名稱，然后通過自定義的類加載器NetworkClassLoader創建兩個實例，并根據網絡地址分別加載這份class，并得到這兩個ClassLoader實例加載后生成的Class實例clazz1和clazz2，最后將這兩個Class實例分別生成具體的實例對象obj1和obj2，再通過反射調用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。
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