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shixisheng
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发表于: IP:您无权察看 2013-5-30 9:09:53 | [全部帖] [楼主帖] 楼主

一、什么是ClassLoader?

         大家都知道,当我们写好一个Java程序之后,不是管是CS还 是BS应用,都是由若干个.class文件组织而成的一个完整的Java应用程序,当程序在运行时,即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能, 而这些功能都被封装在不同的class文件当中,所以经常要从这个class文件中要调用另外一个class文件中的方法,如果另外一个文件不存在的,则 会引发系统异常。而程序在启动的时候,并不会一次性加载程序所要用的所有class文件,而是根据程序的需要,通过Java的类加载机制 (ClassLoader)来动态加载某个class文件到内存当中的,从而只有class文件被载入到了内存之后,才能被其它class所引用。所以 ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。

北京联动北方科技有限公司二、Java默认提供的三个ClassLoader

  1. BootStrap ClassLoader:称为启动类加载器,是Java类加载层次中最顶层的类加载器,负责加载JDK中的核心类库,如:rt.jar、resources.jar、charsets.jar等,可通过如下程序获得该类加载器从哪些地方加载了相关的jar或class文件:

    1URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();


    2for(inti = 0; i < urls.length; i++) {


    3System.out.println(urls[i].toExternalForm());


    4}


    以下内容是上述程序从本机JDK环境所获得的结果:
    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/
    其实上述结果也是通过查找sun.boot.class.path这个系统属性所得知的。

    [java]view plaincopy

    1. System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));  

    打印结果: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:称为扩展类加载器,负责加载Java的扩展类库,默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。
    App ClassLoader:称为系统类加载器,负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。

        注意: 除 了Java默认提供的三个ClassLoader之外,用户还可以根据需要定义自已的ClassLoader,而这些自定义的ClassLoader都必 须继承自java.lang.ClassLoader类,也包括Java提供的另外二个ClassLoader(Extension ClassLoader和App ClassLoader)在内,但是Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader,因为它不是一个普通的Java类,底层由C++编写,已嵌入到了JVM内核当中,当JVM启动 后,Bootstrap ClassLoader也随着启动,负责加载完核心类库后,并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器。

北京联动北方科技有限公司三、ClassLoader加载类的原理

北京联动北方科技有限公司 1、原理介绍


       ClassLoader使用的是双亲委托模型来 搜索类的,每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用(不是继承的关系,是一个包含的关系),虚拟机内置的类加载器(Bootstrap ClassLoader)本身没有父类加载器,但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个 类时,它会试图亲自搜索某个类之前,先把这个任务委托给它的父类加载器,这个过程是由上至下依次检查的,首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载,如果没加载到,则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载,如果也没加载到,则转交给App ClassLoader 进行加载,如果它也没有加载得到的话,则返回给委托的发起者,由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加 载到这个类时,则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义,并将它加载到内存当中,最后返回这个类在 内存中的Class实例对象。

北京联动北方科技有限公司2、为什么要使用双亲委托这种模型呢?


       因为这样可以避免重复加载,当父亲已经加载了该类的时候,就没有必 要子ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素,我们试想一下,如果不使用这种委托模式,那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代 java核心api中定义的类型,这样会存在非常大的安全隐患,而双亲委托的方式,就可以避免这种情况,因为String已经在启动时就被引导类加载器 (Bootstrcp ClassLoader)加载,所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String,除非你改变JDK中 ClassLoader搜索类的默认算法。

北京联动北方科技有限公司3、 但是JVM在搜索类的时候,又是如何判定两个class是相同的呢?

     JVM在判定两个class是否相同时,不仅要判断两个类名是否相同,而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下,JVM才认为这两个class是相同的。就 算两个class是同一份class字节码,如果被两个不同的ClassLoader实例所加载,JVM也会认为它们是两个不同class。比如网络上的 一个Java类org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple,javac编译之后生成字节码文件 NetClassLoaderSimple.class,ClassLoaderA和ClassLoaderB这两个类加载器并读取了 NetClassLoaderSimple.class文件,并分别定义出了java.lang.Class实例来表示这个类,对于JVM来说,它们是两 个不同的实例对象,但它们确实是同一份字节码文件,如果试图将这个Class实例生成具体的对象进行转换时,就会抛运行时异常 java.lang.ClassCaseException,提示这是两个不同的类型。现在通过实例来验证上述所描述的是否正确:

1)、在web服务器上建一个org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java类

01packageorg.classloader.simple;


02


03publicclassNetClassLoaderSimple {


04


05privateNetClassLoaderSimple instance;


06


07publicvoidsetNetClassLoaderSimple(Object obj) {


08this.instance = (NetClassLoaderSimple)obj;


09}


10}<span style="font-size:10pt;line-height:1.5;font-family:'sans serif', tahoma, verdana, helvetica;"> </span>


org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple 类的setNetClassLoaderSimple方法接收一个Object类型参数,并将它强制转换成 org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple类型。

2)、测试两个class是否相同( NetWorkClassLoader.java

01packageclassloader;


02


03publicclassNewworkClassLoaderTest {


04


05publicstaticvoidmain(String[] args) {


06try{


07//测试加载网络中的class文件


08String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";


09String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple";


10NetworkClassLoader ncl1 = newNetworkClassLoader(rootUrl);


11NetworkClassLoader ncl2 = newNetworkClassLoader(rootUrl);


12Class<?> clazz1 = ncl1.loadClass(className);


13Class<?> clazz2 = ncl2.loadClass(className);


14Object obj1 = clazz1.newInstance();


15Object obj2 = clazz2.newInstance();


16clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);


17} catch(Exception e) {


18e.printStackTrace();


19}


20}


21


22}



首 先获得网络上一个class文件的二进制名称,然后通过自定义的类加载器NetworkClassLoader创建两个实例,并根据网络地址分别加载这份 class,并得到这两个ClassLoader实例加载后生成的Class实例clazz1和clazz2,最后将这两个Class实例分别生成具体的 实例对象obj1和obj2,再通过反射调用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。

3)、查看测试结果
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结论:从结果中可以看出,虽然是同一份class字节码文件,但是由于被两个不同的ClassLoader实例所加载,所以JVM认为它们就是两个不同的类。

北京联动北方科技有限公司4、ClassLoader的体系架构:


北京联动北方科技有限公司

北京联动北方科技有限公司验证ClassLoader加载类的原理:


测试1:打印ClassLoader类的层次结构,请看下面这段代码:

1ClassLoader loader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();    //获得加载ClassLoaderTest.class这个类的类加载器


2while(loader != null) {


3System.out.println(loader);


4loader = loader.getParent();    //获得父类加载器的引用


5}


6System.out.println(loader);


打印结果:

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第一行结果说明:ClassLoaderTest的类加载器是AppClassLoader。

第二行结果说明:AppClassLoader的类加器是ExtClassLoader,即parent=ExtClassLoader。

第三行结果说明:ExtClassLoader的类加器是Bootstrap ClassLoader,因为Bootstrap ClassLoader不是一个普通的Java类,所以ExtClassLoader的parent=null,所以第三行的打印结果为null就是这个 原因。

测试2:将ClassLoaderTest.class打包成ClassLoaderTest.jar,放到Extension ClassLoader的加载目录下(JAVA_HOME/jre/lib/ext),然后重新运行这个程序,得到的结果会是什么样呢?

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打印结果:

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打印结果分析:

为什么第一行的结果是ExtClassLoader呢?

      因为ClassLoader的委托模型机制,当我们要用ClassLoaderTest.class这个类的时候,AppClassLoader在试图加 载之前,先委托给Bootstrcp ClassLoader,Bootstracp ClassLoader发现自己没找到,它就告诉ExtClassLoader,兄弟,我这里没有这个类,你去加载看看,然后Extension ClassLoader拿着这个类去它指定的类路径(JAVA_HOME/jre/lib/ext)试图加载,唉,它发现在 ClassLoaderTest.jar这样一个文件中包含ClassLoaderTest.class这样的一个文件,然后它把找到的这个类加载到内存 当中,并生成这个类的Class实例对象,最后把这个实例返回。所以ClassLoaderTest.class的类加载器是 ExtClassLoader。

第二行的结果为null,是因为ExtClassLoader的父类加载器是Bootstrap ClassLoader。

测试3:用Bootstrcp ClassLoader来加载ClassLoaderTest.class,有两种方式:

1、在jvm中添加-Xbootclasspath参数,指定Bootstrcp ClassLoader加载类的路径,并追加我们自已的jar(ClassTestLoader.jar)

2、将class文件放到JAVA_HOME/jre/classes/目录下(上面有提到)

方式1:(我用的是Eclipse开发工具,用命令行是在java命令后面添加-Xbootclasspath参数)

打开Run配置对话框:

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配置好如图中所述的参数后,重新运行程序,产的结果如下所示:(类加载的过程,只摘下了一部份)

打印结果:



01[Loaded java.io.FileReader from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


02[Loaded sun.nio.cs.StreamDecoder from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


03[Loaded java.util.ArrayList from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


04[Loaded java.lang.reflect.Array from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


05[Loaded java.util.Locale from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


06[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentMap from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


07[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


08[Loaded java.util.concurrent.locks.Lock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


09[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


10[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Segment from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


11[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractOwnableSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


12[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


13[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$Sync from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


14[Loaded java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


15[Loaded java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$Node from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


16[Loaded java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$HashEntry from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


17[Loaded java.lang.CharacterDataLatin1 from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


18[Loaded java.io.ObjectStreamClass from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


19[Loaded sun.net.www.ParseUtil from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


20[Loaded java.util.BitSet from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


21[Loaded java.net.Parts from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


22[Loaded java.net.URLStreamHandler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


23[Loaded sun.net.www.protocol.file.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


24[Loaded java.util.HashSet from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


25[Loaded sun.net.www.protocol.jar.Handler from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


26[Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


27[Loaded sun.misc.Launcher$AppClassLoader$1from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


28[Loaded java.lang.SystemClassLoaderAction from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


29[Path C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes]


30[Loaded classloader.ClassLoaderTest from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes]


31null//这是打印的结果


32C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar;


33C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\sunrsasign.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jsse.jar;


34C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\charsets.jar;


35C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\classes;c:\ClassLoaderTest.jar 


36//这一段是System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));打印出来的。这个路径就是Bootstrcp ClassLoader默认搜索类的路径


37[Loaded java.lang.Shutdown from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


38[Loaded java.lang.Shutdown$Lock from C:\Program Files\Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\rt.jar]


方式2:将ClassLoaderTest.jar解压后,放到JAVA_HOME/jre/classes目录下,如下图所示:

提示:jre目录下默认没有classes目录,需要自己手动创建一个

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打印结果:

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从结果中可以看出,两种方式都实现了将ClassLoaderTest.class由Bootstrcp ClassLoader加载成功了。

北京联动北方科技有限公司四、定义自已的ClassLoader

既然JVM已经提供了默认的类加载器,为什么还要定义自已的类加载器呢?

      因为Java中提供的默认ClassLoader,只加载指定目录下的jar和class,如果我们想加载其它位置的类或jar时,比如:我要加载网络上 的一个class文件,通过动态加载到内存之后,要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这样的情况下,默认的ClassLoader就不能满足我们的 需求了,所以需要定义自己的ClassLoader。

定义自已的类加载器分为两步:

1、继承java.lang.ClassLoader

2、重写父类的findClass方法

读者可能在这里有疑问,父类有那么多方法,为什么偏偏只重写findClass方法?

      因为JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了ClassLoader搜索类的算法,当在loadClass方法中搜索不到类 时,loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类,所以我们只需重写该方法即可。如没有特殊的要求,一般不建议重写loadClass 搜索类的算法。下图是API中ClassLoader的loadClass方法:

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示例:自定义一个NetworkClassLoader,用于加载网络上的class文件



01packageclassloader;


02


03importjava.io.ByteArrayOutputStream;


04importjava.io.InputStream;


05importjava.net.URL;


06


07/**


08* 加载网络class的ClassLoader


09*/


10publicclassNetworkClassLoader extendsClassLoader {


11


12privateString rootUrl;


13


14publicNetworkClassLoader(String rootUrl) {


15this.rootUrl = rootUrl;


16}


17


18@Override


19protectedClass<?> findClass(String name) throwsClassNotFoundException {


20Class clazz = this.findLoadedClass(name);  


21if(clazz == null) {    //检查该类是否已被加载过


22byte[] classData = getClassData(name);  //根据类的二进制名称,获得该class文件的字节码数组


23if(classData == null) {


24thrownewClassNotFoundException();


25}


26clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length);  //将class的字节码数组转换成Class类的实例


27}


28returnclazz;


29}


30


31privatebyte[] getClassData(String name) {


32try{


33String path = classNameToPath(name);


34URL url = newURL(path);


35byte[] buff = newbyte[1024*4];


36intlen = -1;


37InputStream is = url.openStream();


38ByteArrayOutputStream baos = newByteArrayOutputStream();


39while((len = is.read(buff)) != -1) {


40baos.write(buff,0,len);


41}


42is.close();


43baos.close();


44returnbaos.toByteArray();


45} catch(Exception e) {


46e.printStackTrace();


47}


48returnnull;


49}


50


51privateString classNameToPath(String name) {


52returnrootUrl + "/"+ name.replace(".", "/") + ".class";


53}


54


55}


测试类:

01packageclassloader;


02


03publicclassClassLoaderTest {


04


05publicstaticvoidmain(String[] args) {


06try{


07/*ClassLoader loader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();  //获得ClassLoaderTest这个类的类加载器


08while(loader != null) {


09System.out.println(loader);


10loader = loader.getParent();    //获得父加载器的引用


11}


12System.out.println(loader);*/


13


14


15String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";


16NetworkClassLoader networkClassLoader = newNetworkClassLoader(rootUrl);


17String classname = "org.classloader.simple.NetClassLoaderTest";


18Class clazz = networkClassLoader.loadClass(classname);


19System.out.println(clazz.getClassLoader());


20


21} catch(Exception e) {


22e.printStackTrace();


23}


24}


25


26}


打印结果:

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下图是我机器上web服务器的目录结构:

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目前常用web服务器中都定义了自己的类加载器,用于加载web应用指定目录下的类库(jar或class),如:Weblogic、Jboss、tomcat等,下面我以Tomcat为例,展示该web容器都定义了哪些个类加载器:

1、新建一个web工程httpweb

2、新建一个ClassLoaderServletTest,用于打印web容器中的ClassLoader层次结构

01importjava.io.IOException;


02importjava.io.PrintWriter;


03


04importjavax.servlet.ServletException;


05importjavax.servlet.http.HttpServlet;


06importjavax.servlet.http.HttpServletRequest;


07importjavax.servlet.http.HttpServletResponse;


08


09publicclassClassLoaderServletTest extendsHttpServlet {


10


11publicvoiddoGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)


12throwsServletException, IOException {


13


14response.setContentType("text/html");


15PrintWriter out = response.getWriter();


16ClassLoader loader = this.getClass().getClassLoader();


17while(loader != null) {


18out.write(loader.getClass().getName()+"<br/>");


19loader = loader.getParent();


20}


21out.write(String.valueOf(loader));


22out.flush();


23out.close();


24}


25


26publicvoiddoPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)


27throwsServletException, IOException {


28this.doGet(request, response);


29}


30


31}


3、配置Servlet,并启动服务

01<?xmlversion="1.0"encoding="UTF-8"?>


02<web-appversion="2.4"


03xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee"


04xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"


05xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/j2ee


06http://java.sun.com/xml/ns/j2ee/web-app_2_4.xsd">


07<servlet>


08<servlet-name>ClassLoaderServletTest</servlet-name>


09<servlet-class>ClassLoaderServletTest</servlet-class>


10</servlet>


11


12<servlet-mapping>


13<servlet-name>ClassLoaderServletTest</servlet-name>


14<url-pattern>/servlet/ClassLoaderServletTest</url-pattern>


15</servlet-mapping>


16<welcome-file-list>


17<welcome-file>index.jsp</welcome-file>


18</welcome-file-list>


19</web-app>


4、访问Servlet,获得显示结果

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