JVM 类装载原理分析－ClassLoader原理分析

　　Java应用环境中不同的class分别由不同的ClassLoader负责加载。JVM提供了三个默认的ClassLoader：Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、App ClassLoader， 其中Bootstrap ClassLoader是JVM级别的，由C++编写，Extension ClassLoader、App ClassLoader都是Java类，继承自URLClassLoader超类。Bootstrap ClassLoader由JVM启动，然后初始化sun.misc.Launcher， sun.misc.Launcher初始化Extension ClassLoader和App ClassLoader。
　　三个默认ClassLoader关系为：Bootstrap ClassLoader是Extension ClassLoader的parent，Extension ClassLoader是App ClassLoader的parent，但这并不是继承关系，只是语意上的定义，基本上每一个ClassLoader实现，都有一个Parent ClassLoader，可通过getParent()方法获取当前ClassLoader的parent。Bootstrap ClassLoader比较特殊，因为它不是Java class，所以Extension ClassLoader的getParent()方法返回NULL。如下：

public class Test {    public static void main(String [] args) {        ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader();        while (cl != null) {            System.out.println(cl + "'s parent ClassLoader is " + cl.getParent());            cl = cl.getParent();        }    }}返回结果：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2's parent ClassLoader is sun.misc.Launcher$[e-mail]$ExtClassLoader@4617c264's parent ClassLoader is null

• 1. Bootstrap ClassLoader
  　　Bootstrap ClassLoader称为启动类加载器，是Java类加载层次中最顶级的加载，负责加载JDK中的核心类库，如：rt.jar、resource.jar、charsets.jar等，Bootstrap类加载器的加载目录由系统属性（sun.boot.class.path）指定，目录如下：

  public class Test {    public static void main(String [] args) {        // 也可通过 System.getProperty("sun.boot.class.path" 获取        URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {            System.out.println(urls[i].toExternalForm());        }    }}本机JDK环境返回结果:file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jarfile:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jarfile:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jarfile:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jarfile:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jarfile:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jarfile:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jarfile:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/classes

• 2. Extension ClassLoader
  　　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目录下的所有文件。Extension ClassLoader是JVM启动类（sun.misc.Launcher）的内部类，继承自java.net.URLClassLoader类。其加载目录由系统属性（java.ext.dirs）指定。本机加载目录如下：

  public class Test {    public static void main(String [] args) {        String paths = System.getProperty("java.ext.dirs");        String [] pathList = paths.split(File.pathSeparator);        for(String path : pathList) {            System.out.println(path);        }    }}本机返回结果：/Users/Jerry/Library/Java/Extensions/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_121.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/Library/Java/Extensions/Network/Library/Java/Extensions/System/Library/Java/Extensions/usr/lib/java

• 3.App ClassLoader
  　　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。App ClassLoader既是加载系统属性（java.class.path）的类加载器，加载目录如下：

  package test;import java.io.File;public class Test {    public static void main(String [] args) {        String paths = System.getProperty("java.class.path");        String [] pathList = paths.split(File.pathSeparator);        for(String path : pathList) {            System.out.println(path);        }    }}本机命令行编译并执行：java -cp /Users/Jerry/documents:/Users/Jerry/documents/workspace/xf-test test.Test返回结果：/Users/Jerry/documents/Users/Jerry/documents/workspace/xf-test

  　　如果不指定classpath，本地执行返回当前目录（”.”），如果通过IDE执行，则会返回IDE设定的classpath值

• 4.自定义ClassLoader
  　　除了Java默认提供的三种ClassLoader外，用户也可以根据自己需要，通过继承ClassLoader超类定义属于自己的ClassLoader。范例如下：
  　定义自己的ClassLoader类，当通过ClassLoader.loadClass()方法加载类时，如果加载不到对应的类，则会调用自定义ClassLoader的findClass方法继续加载类，详见下一节：

  public class MyClassLoader extends ClassLoader{    public static final String driver = "/Users/Jerry/Desktop/";    public static final String fileTyep = ".class";    public Class findClass(String name) {        byte[] data = loadClassData(name);        return defineClass(data, 0, data.length);    }    public byte[] loadClassData(String name) {        FileInputStream fis = null;        byte[] data = null;        try {            File file = new File(driver + name + fileTyep);            System.out.println(file.getAbsolutePath());            fis = new FileInputStream(file);            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();            int ch = 0;            while ((ch = fis.read()) != -1) {                baos.write(ch);            }            data = baos.toByteArray();        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();            System.out.println("loadClassData-IOException");        }        return data;    }}

  编写测试类，编译，并将class文件移动到在MyClassLoade的driver目录下：

  package test;public class Test {    public void sayHello(String name) {        System.out.println("hello " + name);    }

  测试MyClassLoader:

  public class Test {    public static void main(String[] args) {        MyClassLoader cl1 = new MyClassLoader();        try {            Class c1 = cl1.findClass("Test");  // 或调用：Class c1 = cl1.loadClass("Test");            Object object = c1.newInstance();            Method method = c1.getMethod("sayHello", String.class);            method.invoke(object, "Jerry");        } catch (IllegalAccessException e) {            e.printStackTrace();        } catch (InstantiationException e) {            e.printStackTrace();        } catch (NoSuchMethodException e) {            e.printStackTrace();        } catch (InvocationTargetException e) {            e.printStackTrace();        }    }}  返回结果：/Users/Jerry/Desktop/Test.classhello Jerry

• 5.双亲委托模型
  　　ClassLoader使用双亲委托模型来搜索类，当一个ClassLoader实例需要加载某个类时，它会检查是否已经加载过该类，如果没有加载过会把该任务委托给它的父类加载器，逐级向上检查是否已经加载过这个类。如果该类各级都未加载过，则自上而下尝试加载该类，任何一级加载到该类则返回，最终未加载到该类则返回ClassNotFoundException异常。
  　　ClassLoader loadClass()方法原码如下，类加载大致过程为：
  　　[1] 当前加载器检查类是否已被加载，如果已被加载则返回，否则交由父加载器加载
  　　[2] 如果父加载器不为空，则由父加载加载，如果父加载器为空，则交由Bootstrap 加载器加载
  　　[3] 如果父加载器加载失败，则尝试通过findClass()方法亲自加载类

  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)        throws ClassNotFoundException    {        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {            // [1] 检查类是否已被加载            Class<?> c = findLoadedClass(name);            if (c == null) {                long t0 = System.nanoTime();                try {                    if (parent != null) {                        // [2] 如果父加载器不为空，则交由父类加载                        c = parent.loadClass(name, false);                    } else {                        //  [3] 如果父类加载器为空，则交由Bootstrap ClassLoader加载                        c = findBootstrapClassOrNull(name);                    }                } catch (ClassNotFoundException e) {                }                if (c == null) {                    // [4] 如果委托的父加载器未加载到类，则尝试亲自加载类                    long t1 = System.nanoTime();                    c = findClass(name);                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();                }            }            if (resolve) {                resolveClass(c);            }            return c;        }    }

  ClassLoader体系结构如下：