ClassLoader源码解析

一:ClassLoader
根据一个指定的类的名称,找到或者生成其对应的字节代码,然后从这些字节代码中定义出一个Java类,即java.lang.Class类的一个实例。

二:ClassLoader的Api

1:loadclass:判断是否已加载,使用双亲委派模型,请求父加载器,都为空,使用findclass。 抛出的是java.lang.ClassNotFoundException异常。
2:findclass:根据名称或位置加载.class字节码,然后使用defineClass。(注:加载类的时候需要全限定类名)
3:findLoadedClass:查找指定名称的已经被加载过的类,返回的结果是java.lang.Class类的实例。
4:defineclass: 把字节数组中的内容转换成Java类,返回的结果是java.lang.Class类的实例(解析定义.class字节流,返回class对象)。抛出的是java.lang.NoClassDefFoundError异常。
使用场景:对class文件的加解密操作会需要使用defineClass()来将解密后的字节数组处理成class对象。
5:resolveClass:链接指定的 Java 类。

三:双亲委派源码
ClassLoader#loadClass 和 ClassLoader#defineClass

/**
* 使用指定的二进制名称加载类。这个方法的默认实现是按照以下顺序搜索类:
* 调用findLoadedClass(String name)检查类是否已经加载。
* 在父类加载器上调用loadClass()方法。如果父类null,则使用虚拟机内置的类加载器(启动类加载器BootStrapClassLoader)。
* 调用findClass(String)方法查找该类。
* 如果使用上述步骤找到了类,且解析标志为true,则该方法将在结果类对象上调用resolveClass(class)方法。
* 鼓励ClassLoader的子类重写findClass(String),而不是loadClass(String name, boolean resolve)这个方法。
* 除非重写,否则此方法在整个类加载过程中同步getClassLoadingLock()方法的结果。
  *
* @param name    binary name 二进制文件名字,其实就是类的全限定类名。
* @param resolve true 解析类
* @return 返回的是Class对象
* @throws ClassNotFoundException 如果类不存在,则抛出类未发现异常
*/
  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 检查要加载的类是不是已经被加载了
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        // 没有被加载过
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {
                    // 如果父加载器不是BootStrapClassLoader,递归调用loadClass(name, false)
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // BootStrapClassLoader加载器进行加载
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // 类未发现时,报异常
            }
            if (c == null) {
                // 如果父类加载器未找到,再调用本身(这个本身包括ext和app)的findClass(name)来查找类
                long t1 = System.nanoTime();
                c = findClass(name);
                // 定义类加载器,记录数据
                sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
            }
        }
        if (resolve) {
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
  }

// 将一个byte数组转换为Class类的实例,会先去读取class文件,然后转成Class类实例
protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len, ProtectionDomain protectionDomain) throws ClassFormatError {
    protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);
    String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);
    Class<?> c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source);
    postDefineClass(c, protectionDomain);
    return c;
}

示例:
过程:假设我现在从类路径下加载一个类A,
1:那么AppClassLoader会先查找是否加载过A,若有,直接返回;
2:若没有,去ExtClassLoader检查是否加载过A,若有,直接返回;
3:若没有,去BootstrapClassLoader检查是否加载过A,若有,直接返回;
4:若没有,那就BootstrapClassLoader加载,若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib*.jar下找到了指定名称的类,则加载,结束;
5:若没找到,BootstrapClassLoader加载失败;
6:ExtClassLoader开始加载,若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext*.jar下找到了指定名称的类,则加载,结束;
7:若没找到,ExtClassLoader加载失败;
8:AppClassLoader加载,若在类路径下找到了指定名称的类,则加载,结束;
9:若没有找到,抛出异常ClassNotFoundException

注意:
1:类的加载过程只有向上的双亲委托,没有向下的查询和加载,假设是ExtClassLoader在\Java\jdk1.8\jre\lib\ext*.jar下加载一个类,那么整个查询与加载的过程与AppClassLoader无关。
2:假设A加载成功了,那么该类就会缓存在当前的类加载器实例对象C中,key是(A,C)(其中A是类的全类名,C是加载A的类加载器对象实例),value是对应的java.lang.Class对象。
3:上述的加载示例中1、2、3都是从相应的类加载器实例对象的缓存中进行查找,进行缓存的目的是为了同一个类不被加载两次。

类加载过程中:检查时(调用findLoadedClass(name)):从下向上检查是否加载过指定名称的类;加载时(loadClass(name, false)):从上向下加载该类。(在其中任何一个步骤成功之后,都会中止类加载过程)

四:双亲委派机制的好处
假设自己编写了一个java.lang.Object类,编译后置于类路径下,此时在系统中就有两个Object类,一个是rt.jar的,一个是类路径下的,在类加载的过程中,当要按照全类名去加载Object类时,根据双亲委托,BootstrapClassLoader会加载rt.jar下的Object类,这时方法结束,即类路径下的Object类就没有加载了。这样保证了系统中类不混乱。

五:自定义类加载器
extends ClassLoader,然后重写父类的findClass方法。
注:我们自定义的类加载器没有指定父加载器,在JVM规范中不指定父类加载器的情况下,默认采用系统类加载器即AppClassLoader作为其父加载器,所以在使用该自定义类加载器时,需要加载的类不能在类路径中,否则的话根据双亲委派模型的原则,待加载的类会由系统类加载器加载,而不是自定义加载器加载。如果一定想要把自定义加载器需要加载的类放在类路径中, 就要把自定义类加载器的父加载器设置为null。

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()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。

问:什么时候该使用自定义类加载器呢?
Java中默认的三种类加载器都是有默认加载路径的。
当需要的加载路径不是默认的三种类加载器的加载路径时,可以构造自定义加载器,指定加载路径,.class可以是来自于磁盘、内存、网络或者其它。

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