深入分析Java ClassLoader的原理

　　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。

　　二、Java默认提供的三个ClassLoader

　　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：

　　[java]

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

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

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

　　}

　　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]

　　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。

　　三、ClassLoader加载类的原理

　　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。

　　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。

　　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

　　[java]

　　package org.classloader.simple;

　　public class NetClassLoaderSimple {

　　private NetClassLoaderSimple instance;

　　public void setNetClassLoaderSimple(Object obj) {

　　this.instance = (NetClassLoaderSimple)obj;

　　}

　　}

　　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)

　　[java]

　　package classloader;

　　public class NewworkClassLoaderTest {

　　public static void main(String[] args) {

　　try {

　　//测试加载网络中的class文件

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

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

　　NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl);

　　NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl);

　　Class clazz1 = ncl1.loadClass(className);

　　Class clazz2 = ncl2.loadClass(className);

　　Object obj1 = clazz1.newInstance();

　　Object obj2 = clazz2.newInstance();

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

　　} catch (Exception e) {

　　e.printStackTrace();

　　}

　　}

　　}

　　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。成都治疗早泄要多少钱啊

　　3)、查看测试结果

　　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。

　　4、ClassLoader的体系架构：

　　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：

　　[java]

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

　　while(loader != null) {

　　System.out.println(loader);

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

　　}

　　System.out.println(loader);

　　打印结果：

　　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?

　　打印结果：

　　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。成都治疗阴茎短小哪家医院好

　　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：

　　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：

　　[java]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

　　null //这是打印的结果男性包皮过长会不会导致早泄?

　　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;c:\ClassLoaderTest.jar

　　//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

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

　　[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

　　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。