首页 > 代码库 > 深入分析ClassLoader工作机制
深入分析ClassLoader工作机制
ClassLoader 较为深入分析。
from <深入分析Java Web>
加载CLASS到JVM中，审查每个类应该由谁加载，父优先的等级加载机制。
加载机制
ClassLoader类结构分析
ClassLoader抽象类，有很多子类，一般在实现自己的ClassLoader时候，一般都会继承URLClassLoader这个子类，因为这个类已经实现了大部分的工作，就像Servlet通过会直接HttpServlet一样。
打开源码：
几个重要的方法
protected final Class
等级加载机制
一层一层判断是否应该由本层ClassLoader加载，并通过在哪一层加载确定类的加载级别。
Bootstrap ClassLoader :主要加载JVM自身工作需要的类，这个ClassLoader完全由JVM自己控制的。不准守普通的加载规则，没有父类和子类。
sun.misc.Launcher java程序的入口就是sun.misc.Launcher,jdk的扩展类加载器ExtClassLoader和系统类加载器AppClassLoader都是Launcher的内部类。Launcher初始化extension classloader，system classloader，并将system classloader设置成为context classloader，但是仅仅返回system classloader给JVM。下列代码是Launcher构建的过程。
public Launcher() {
Launcher.ExtClassLoader var1;
...
var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
...
this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);
....
}
类图:
可以看到APPClassLoader和ExtClassLoader都继承自URLClassLoader,在构建Launcher过程中，先创建ExtClassLoader，然后根据ExtClassLoader作为父加载器创建APPClassLoader。然后使用Launcher的getLauncher方法得到的就是APPClassLoader。如果在Java应用中没有其他的ClassLoader，则除了”java.ext.dirs”目录下的类由ExtClassLoader加载的外，其他的都是由APPClassLoader。看一下源码。
ExtClassLoader：
public static Launcher.ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException {
final File[] var0 = getExtDirs();//这里
try {
return (Launcher.ExtClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction() {
public Launcher.ExtClassLoader run() throws IOException {
int var1 = var0.length;
for(int var2 = 0; var2 < var1; ++var2) {
MetaIndex.registerDirectory(var0[var2]);
}
return new Launcher.ExtClassLoader(var0);///这里
}
});
} catch (PrivilegedActionException var2) {
throw (IOException)var2.getException();
}
}
private static File[] getExtDirs() {
String var0 = System.getProperty("java.ext.dirs");
...
}APPClassLoader：使用ExtClassLoader作为父类加载器
static class AppClassLoader extends URLClassLoader {
public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader var0) throws IOException {
final String var1 = System.getProperty("java.class.path");//这里
final File[] var2 = var1 == null?new File[0]:Launcher.getClassPath(var1);
return (ClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction() {
public Launcher.AppClassLoader run() {
URL[] var1x = var1 == null?new URL[0]:Launcher.pathToURLs(var2);
return new Launcher.AppClassLoader(var1x, var0);//这里
}
});
}这是URLClassLoader的：
public URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent,....){}
加载Class文件到内存中的2种方式
一种是隐式加载，一种是显式加载。
隐式加载： 就是不需要在代码中调用ClassLoader来加载的类，而是通过JVM来自动加载这些需要的类到内存中的方式，比如在我们继承或引用某些类的时候，JVM分析当前类引用的类不在内存中，那么就会自动加载类到内存中。
显示加载：就是在代码中调用ClassLoader来加载一个类，比如
this.getClass().getClassLoader().loadClass()或者Class.forName()或者自定义的ClassLoader的loadClass方法。
混合的方式，就是在自定义ClassLoader时候引用其他类，就算是隐式加载。
加载class的过程
加载过程，简单地看了一下代码。大概是：
—>findClass(final String name)
—> defineClass(String name, Resource res)
—>Class
加载字节码到内存中
在抽象类ClassLoader中，很多实现都交给子类实现，如如何找到，如何加载到内存中。就是findClass()方法。最常用的URLClassLoader的findClass源码如下；
protected Class<?> findClass(final String name)
throws ClassNotFoundException
{
try {
return AccessController.doPrivileged(
new PrivilegedExceptionAction<Class>() {
public Class run() throws ClassNotFoundException {
String path = name.replace(‘.‘, ‘/‘).concat(".class");
Resource res = ucp.getResource(path, false);
if (res != null) {
try {
return defineClass(name, res);
} catch (IOException e) {
throw new ClassNotFoundException(name, e);
}
} else {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
}
}, acc);
} catch (java.security.PrivilegedActionException pae) {
throw (ClassNotFoundException) pae.getException();
}
}简要说明一下：首先将Path，类名的包定义，由’.’换为路径的’/’。并将.class加上。然后ucp(URLClassPath类型)定义哪里找到这个class文件，读取它的字节流。然后通过defineClass来实例类class对象。根据URL传过来的是Jar包还是实际Class文件，就能创建不同的Loader了，这样就实现加载Class文件到内存中。下图还可以看出Loader是URLClassPath的内部类。
常见加载类错误分析
ClassNotFoundException
这个非常常见的错误，一般问题是找不到.class文件，就是classpath路径和你想要的class文件路径不在一个地方。如果不知道classpath路径是什么，可以通过下列代码方式找到。
this.getClass().getClassLoader().getResource("").toString();通常加载一个不知道的类时就会发生这样的错误。
public class notFound{
public static void main(String []args){
try {
Class.forName("NotFoundClass");
}catch(ClassNotFoundException e){
e.printStackTrace();
}
}
}显示加载的几种方式：
Class.forName();
ClassLoader的loadClass（）;
ClassLoader的findSystemClass（）;
UnsatisfiedLinkError
这个问题不常见，出现的场景就是调用某些本地lib中的native方法时，没有找到这样的lib。报出的错误。
/**
* 文件描述：
* 作者： bamboo
* 时间： 2016/12/9
*/
public class NoLibException {
public native void nativeMethod();
static {
System.loadLibrary("NoLib");
}
public static void main(String[] args) {
new NoLibException().nativeMethod();
}
} java.lang.UnsatisfiedLinkError: no NoLib in java.library.path
at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:1886)
at java.lang.Runtime.loadLibrary0(Runtime.java:849)
at java.lang.System.loadLibrary(System.java:1088)
at CCF.NoLibException.<clinit>(NoLibException.java:11)ClassCastException
强制转换异常，比如说想把String强制转换为Integer
代码
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* 文件描述：
* 作者： bamboo
* 时间： 2016/12/9
*/
public class CastException {
public static Map m = new HashMap() {
{
put("a", "2");
}
};
public static void main(String[] args) {
Integer integer= (Integer) m.get("a");
System.out.println(integer);
}
}结果：
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer
at CCF.CastException.main(CastException.java:19)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:144)实现自己的ClassLoader
之前写的博客。
http://blog.csdn.net/newpidian/article/details/52831121 主要实现以下3个功能
获取类加载器
根据类名称加载类
获取指定包下的所有类
加载自定义格式的Class文件
实现一个从远端服务器，经过加密的class文件的网络传输，在本地解密，并通过defineClass方法创建这个类的实例的方法。
代码如下：
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.InputStream;
import java.net.URL;
/**
* 文件描述：
* 作者： bamboo
* 时间： 2016/12/9
*/
public class NetClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;
private String packageName;
public NetClassLoader(ClassLoader parent, String classPath, String packageName) {
super(parent);
this.classPath = classPath;
this.packageName = packageName;
}
public NetClassLoader(String classPath, String packageName) {
this.classPath = classPath;
this.packageName = packageName;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
Class<?> aClass = findLoadedClass(name);
if (aClass != null) {
return aClass;
}
if (packageName.startsWith(name)) {
byte[] classData = http://www.mamicode.com/getData(name);"hljs-keyword">if (classData =http://www.mamicode.com/= null) {
throw new ClassNotFoundException();
} else {
defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}
}
return super.loadClass(name);
}
private byte[] getData(String className) {
String path = classPath + File.separator + className.replace(‘.‘, File.separatorChar) + ".class";
try {
URL url = new URL(path);
InputStream is = url.openStream();
ByteArrayOutputStream stream = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[2048];
int num = 0;
while ((num = is.read(buffer)) != -1) {
stream.write(buffer, 0, num);
}
return stream.toByteArray();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
private byte[] deCode(byte[] src) {
byte[] decode = null;
///字节编码处理
return decode;
}
}
##实现类的热部署
在JVM加载类之前会先判定要请求的类是否已经被加载过来，就是通过findLoadedClass()来返回类实例，如果已经加载了，则loadClass()会冲突，如何判断是不是同一个类有2个条件。
- 类名是否完全一样，包括包名。
- 看这个类的ClassLoader是否完全一样。这里指的是是不是同一个ClassLoader实例。即使是同一个ClassLoader类的不同实例，加载的类也不一样。
所以实现热部署，可以创建不同的ClassLoader的实例对象，然后通过这个不同的实例对象来加载同名类。
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.InputStream;
/**
* 文件描述：
* 作者： bamboo
* 时间： 2016/12/9
*/
public class ClassReloader extends ClassLoader {
private String classPath;
public ClassReloader(ClassLoader parent, String classPath) {
super(parent);
this.classPath = classPath;
}
public ClassReloader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] classData = http://www.mamicode.com/getData(name);".class";
try {
InputStream is = new FileInputStream(path);
ByteArrayOutputStream stream = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[2048];
int num = 0;
while ((num = is.read(buffer)) != -1) {
stream.write(buffer, 0, num);
}
return stream.toByteArray();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
try {
String path = "C:\\Users\\bamboo\\Desktop\\单源\\Leetcode\\out\\";
ClassReloader reloader = new ClassReloader(path);
Class r = reloader.findClass("AllOne");
System.out.println((r.newInstance()));
ClassReloader reloader1 = new ClassReloader(path);
Class r1 = reloader1.findClass("AllOne");
System.out.println((r1.newInstance()));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
输出
AllOne@26a30589
AllOne@ec5aba9
如果将 ` Class r1 = reloader1.findClass("AllOne");`改为
Class r1 = reloader.findClass("AllOne");
则会抛出duplicate class definition，类的重复定义。
AllOne@642423ad
Exception in thread "main" java.lang.LinkageError: loader (instance of ParallelBasic/ClassReloader): attempted duplicate class definition for name: "AllOne"
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:800)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:643)
at ParallelBasic.ClassReloader.findClass(ClassReloader.java:32)
at ParallelBasic.ClassReloader.main(ClassReloader.java:61)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:144)
“`
一个问题：如果使用不同的ClassLoader实例加载同一个类会怎么样，会不会导致JVM的PermGen（永久代）n区无限增大？？答案是否定的，why，因为ClassLoader对象也是对象，在没有被持有引用的时候，也会被JVM回收。值得注意的是，被ClassLoader加载的类的字节码会一直保存在JVM的PermGen中，这个数据一般是在Full GC的时候才会被回收，所以，如果应用大量使用动态类加载。Full GC又不是太频繁，也要注意PermGen的大小，防止内存溢出。
深入分析ClassLoader工作机制