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    Java ClassLoader到底是个啥?

    2018-12-28更新

    ClassLoader 是 Java 届最为神秘的技术之一(大连Java培训)

    无数人被它伤透了脑筋,

    摸不清门道究竟在哪里。

    ClassLoader 做什么的?

    它是用来加载 Class 的。它负责将 Class 的字节码形式转换成内存形式的 Class 对象。字节码可以来自于磁盘文件 *.class,也可以是 jar 包里的 *.class,也可以来自远程服务器提供的字节流,字节码的本质就是一个字节数组 []byte,它有特定的复杂的内部格式。

    有很多字节码加密技术就是依靠定制 ClassLoader 来实现的。先使用工具对字节码文件进行加密,运行时使用定制的 ClassLoader 先解密文件内容再加载这些解密后的字节码。

    每个 Class 对象的内部都有一个 classLoader 字段来标识自己是由哪个 ClassLoader 加载的。

    延迟加载

    它是用来加载 Class 的。它负责将 Class 的字节码形式转换成内存形式的 Class 对象。字节码可以来自于磁盘文件 *.class,也可以是 jar 包里的 *.class,也可以来自远程服务器提供的字节流,字节码的本质就是一个字节数组 []byte,它有特定的复杂的内部格式。

    各司其职

    JVM 运行实例中会存在多个 ClassLoader,不同的 ClassLoader 会从不同的地方加载字节码文件。它可以从不同的文件目录加载,也可以从不同的 jar 文件中加载,也可以从网络上不同的服务地址来加载。

    JVM 中内置了三个重要的 ClassLoader,分别是 BootstrapClassLoader、ExtensionClassLoader 和 AppClassLoader。

    BootstrapClassLoader 负责加载 JVM 运行时核心类,这些类位于 JAVA_HOME/lib/rt.jar 文件中,我们常用内置库 java.xxx.* 都在里面,比如 java.util.*、java.io.*、java.nio.*、java.lang.* 等等。这个 ClassLoader 比较特殊,它是由 C 代码实现的,我们将它称之为「根加载器」。

    ClassLoader 传递性

    程序在运行过程中,遇到了一个未知的类,它会选择哪个 ClassLoader 来加载它呢?虚拟机的策略是使用调用者 Class 对象的 ClassLoader 来加载当前未知的类。何为调用者 Class 对象?就是在遇到这个未知的类时,虚拟机肯定正在运行一个方法调用(静态方法或者实例方法),这个方法挂在哪个类上面,那这个类就是调用者 Class 对象。前面我们提到每个 Class 对象里面都有一个 classLoader 属性记录了当前的类是由谁来加载的。

    因为 ClassLoader 的传递性,所有延迟加载的类都会由初始调用 main 方法的这个 ClassLoader 全全负责,它就是 AppClassLoader。

    双亲委派

    前面我们提到 AppClassLoader 只负责加载 Classpath 下面的类库,如果遇到没有加载的系统类库怎么办,AppClassLoader 必须将系统类库的加载工作交给 BootstrapClassLoader 和 ExtensionClassLoader 来做,这就是我们常说的「双亲委派」。

    Class.forName

    当我们在使用 jdbc 驱动时,经常会使用 Class.forName 方法来动态加载驱动类。

    Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");

     

    其原理是 mysql 驱动的 Driver 类里有一个静态代码块,它会在 Driver 类被加载的时候执行。这个静态代码块会将 mysql 驱动实例注册到全局的 jdbc 驱动管理器里。

    classDriver {static {try {java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());} catch (SQLException E) {thrownew RuntimeException("Can't register driver!"); } } ...}

    forName 方法同样也是使用调用者 Class 对象的 ClassLoader 来加载目标类。不过 forName 还提供了多参数版本,可以指定使用哪个 ClassLoader 来加载。

    Class<?> forName(Stringname, boolean initialize, ClassLoader cl)

    通过这种形式的 forName 方法可以突破内置加载器的限制,通过使用自定类加载器允许我们自由加载其它任意来源的类库。根据 ClassLoader 的传递性,目标类库传递引用到的其它类库也将会使用自定义加载器加载。

    分工与合作

    这里我们重新理解一下 ClassLoader 的意义,它相当于类的命名空间,起到了类隔离的作用。位于同一个 ClassLoader 里面的类名是唯一的,不同的 ClassLoader 可以持有同名的类。ClassLoader 是类名称的容器,是类的沙箱。不同的 ClassLoader 之间也会有合作,它们之间的合作是通过 parent 属性和双亲委派机制来完成的。parent 具有更高的加载优先级。除此之外,parent 还表达了一种共享关系,当多个子 ClassLoader 共享同一个 parent 时,那么这个 parent 里面包含的类可以认为是所有子 ClassLoader 共享的。这也是为什么 BootstrapClassLoader 被所有的类加载器视为祖先加载器,JVM 核心类库自然应该被共享。

    钻石依赖

    项目管理上有一个著名的概念叫着「钻石依赖」,是指软件依赖导致同一个软件包的两个版本需要共存而不能冲突。

    我们平时使用的 maven 是这样解决钻石依赖的,它会从多个冲突的版本中选择一个来使用,如果不同的版本之间兼容性很糟糕,那么程序将无法正常编译运行。Maven 这种形式叫「扁平化」依赖管理。

    使用 ClassLoader 可以解决钻石依赖问题。不同版本的软件包使用不同的 ClassLoader 来加载,位于不同 ClassLoader 中名称一样的类实际上是不同的类。下面让我们使用 URLClassLoader 来尝试一个简单的例子,它默认的父加载器是 AppClassLoader。