深入JVM类加载器

01、类加载器原理
02、类加载器树状结构、双亲委托（代理）机制
03、自定义类加载器（文件、网络、加密）
04、线程上下文类加载器
05、服务器类加载原理

1、类加载器的作用
将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构，在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区类数据的访问入口。

类缓存
标准的Java SE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间，不过JVM垃圾收集器可以回收这些Class对象。

2、类加载器的层次结构（树状结构）

引导类加载器（bootstarap class loader）（C）
- 它用来加载java的核心库（JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar或sun.boot.class.path路径下的内容），是用原生代码来实现的，并不继承自java.lang.ClassLoader。
- 加载扩展类和应用程序类加载器，并指定他们的父类加载器。

扩展类加载器（extensions class loader）（java）
- 用来加载java的扩展库（JAVA_HOME/jre/ext/*.jar,或java.ext.dirs路径下的内容）。Java虚拟机的实现会提供一个扩展库目录，该类加载器在此目录里面查找并加载java类。
- 由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现

应用程序类加载器（application class loader）（java）
- 它根据java应用的类路径（classpath ,java.class.path路径类）
- 一般来说java应用的类都是由它来完成加载的
- 由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现

自定义类加载器（java写的）
- 开发人员可以通过继承java.lang.ClassLoader类的方法实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求

Java.class.ClassLoader类介绍
作用：
-Java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称，找到或者生成期对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义一个java类，既java.lang.Class类的一个实例。
-除此之外，ClassLoader还负责加载java应用的所需资源，如图像文件和配置文件等。

相关方法
- getparent() 返回该类加载器的父类加载器
- loadClass(String name) 加载名称为name的类，返回结果是java.lang.Class类的实例
- findClass(String name)查找名称为name的类，返回结果是java.lang.Class类的实例
- findLoadedClass(String name) 查找名称为name的已经被加载过的类，返回结果是java.lang.Class类的实例
- defineClass(String name，byte[] b,int off,int len)把字节数组b中的内容转换成java类，返回的结果是java.lang.Class类的实例，这个方法被声明final的。
- resolveClass(Class

package com.lyy.test;public class Demo2 {    public static void main(String[] args) {        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent()); //JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));        System.out.println("=====================================");        String a = "gaogao";        System.out.println(a.getClass().getClassLoader());        System.out.println(a);    }}

类加载器的代理模式
 代理模式
— 交给其他加载器来加载指定的类
 双亲委托机制
— 就是某个特定的类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，一次追溯，知道最高的爷爷辈的，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。
— 双亲委托机制是为了保证java核心库的类型安全。
这种机制就保证不会出现用户自己能定义java.lang.Object类的情况。
类加载器除了用户加载类，也是安全的最基本的屏障。
 双亲委托机制是代理模式的一种
— 并不是所有的类加载器都采用双亲委托机制。
— Tomcat服务器类加载器也使用代理模式，所不同的是它是首先尝试去加载某个类，如果找不到再代理给父类加载器，这与一般类加载器的顺序是相反的。

自定义类加载器
自定义类加载器的流程
— 首先检查请求的类型是否已经被这个类加载器装载到命名空间中了，
如果已经装载，直接返回；
— 委派类加载请求给父类加载器能够完成，则返回父类加载器加载的Class实例；
— 调用本类加载器的findClass（…）方法，视图获取对应的字节码，如果获取到，则调用defineClass(…)导入类型到方法区；如果获取不到对应的字节码或者其他原因失败，返回异常loadClass(…)loadClass(…)转抛异常，终止加载过程。
— 注意：被两个类加载器加载的同一个类，JVM不认为是相同的类

package com.lyy.temp;public class HelloWrold {public static void main(String[] args) {    System.out.println("aaa");}}

package com.lyy.test;/** * 测试自定义类加载器（FileSystemClassLoader） * @author 01 * */public class Demo3 {    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {        FileSystemClassLoader load = new FileSystemClassLoader("E:/VIP");        FileSystemClassLoader load2 = new FileSystemClassLoader("E:/VIP");        Class<?> c = load.loadClass("com.lyy.temp.HelloWrold");        Class<?> c2 = load.loadClass("com.lyy.temp.HelloWrold");        Class<?> c3 = load2.loadClass("com.lyy.temp.HelloWrold");        Class<?> c4 = load2.loadClass("java.lang.String");        Class<?> c5 = load2.loadClass("com.lyy.test.Demo1");        System.out.println(c.hashCode());        System.out.println(c2.hashCode());        System.out.println(c3.hashCode());//同一个类，被不同的加载器加载，JVM认为也是不相同的类        System.out.println(c4.hashCode());        System.out.println(c3.getClassLoader());//自定义的类加载器        System.out.println(c4.getClassLoader());//引导类加载器        System.out.println(c5.getClassLoader());//系统默认的类加载器    }}

文件类加载器

package com.lyy.test;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;/** * 自定义文件系统加载器 * @author 01 * */public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader{    //com.lyy.test.User --> d:/myjava/com/lyy/test/User.class    private String rootDir;    public FileSystemClassLoader(String rootDir){        this.rootDir=rootDir;    }    @Override    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {        Class<?> c = findLoadedClass(name);        //首先查询是否加载过该类，如果已经加载过，直接返回已经加载好的类，否则加载新的类        if(null != c){            return c;        }else{            ClassLoader parent = this.getParent();            c = parent.loadClass(name); //委派给父类加载            if(null != c){                return c;            }else{                byte[] classData = getClassData(name);                if(classData==null){                    throw new ClassNotFoundException();                }else{                    c = defineClass(name, classData,0, classData.length);                }            }        }        return c;    }    private byte[] getClassData(String name) {  //com.lyy.test.User    d:/myjava/com/lyy/test/User.class        String path = rootDir+"/"+name.replace('.', '/')+"class";        //IOUtils，可以使用它将流中的数据转成字节数据        InputStream is = null;        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();        try {            is = new FileInputStream(path);            byte[] buffer = new byte[1024];            int temp = 0;            while((temp=is.read(buffer)) != -1){                baos.write(buffer,0,temp);            }            return baos.toByteArray();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();            return null;        }finally{            try {                if(is != null){                    is.close();                }                if(baos != null){                    baos.close();                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

网络类加载器

package com.lyy.test;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.net.URL;/** * 网络类加载器 * @author 01 * */public class NetClassLoader extends ClassLoader{    //com.lyy.test.User --> www.baidu.com    private String rootUrl;    public NetClassLoader(String rootUrl){        this.rootUrl=rootUrl;    }    @Override    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {        Class<?> c = findLoadedClass(name);        //首先查询是否加载过该类，如果已经加载过，直接返回已经加载好的类，否则加载新的类        if(null != c){            return c;        }else{            ClassLoader parent = this.getParent();            c = parent.loadClass(name); //委派给父类加载            if(null != c){                return c;            }else{                byte[] classData = getClassData(name);                if(classData==null){                    throw new ClassNotFoundException();                }else{                    c = defineClass(name, classData,0, classData.length);                }            }        }        return c;    }    private byte[] getClassData(String name) {  //com.lyy.test.User    d:/myjava/com/lyy/test/User.class        String path = rootUrl+"/"+name.replace('.', '/')+"class";        //IOUtils，可以使用它将流中的数据转成字节数据        InputStream is = null;        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();        try {            URL url = new URL(path);            is = url.openStream();            byte[] buffer = new byte[1024];            int temp = 0;            while((temp=is.read(buffer)) != -1){                baos.write(buffer,0,temp);            }            return baos.toByteArray();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();            return null;        }finally{            try {                if(is != null){                    is.close();                }                if(baos != null){                    baos.close();                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

加密解密加载器（取反操作，DES对称加密解密）

package com.lyy.test;/** * 测试简单加密解密（取反）操作 * @author 01 * */public class Demo4 {    public static void main(String[] args) throws Exception {        //测试取反操作//      int a = 3;//0000011//      System.out.println(Integer.toBinaryString(a^0xff));        //加密后的class文件，正常的类加载器无法加载，报clasformatError//      FileSystemClassLoader load = new FileSystemClassLoader("E:/VIP/temp");//      Class<?> c = load.loadClass("HelloWrold");//      System.out.println(c);        DecrptClassLoader loader = new DecrptClassLoader("E:/VIP/temp");        Class<?> c = loader.loadClass("com.lyy.temp.HelloWrold");        System.out.println(c);    }}

package com.lyy.test;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;/** * 自定义文件系统加载器 * @author 01 * */public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader{    //com.lyy.test.User --> d:/myjava/com/lyy/test/User.class    private String rootDir;    public FileSystemClassLoader(String rootDir){        this.rootDir=rootDir;    }    @Override    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {        Class<?> c = findLoadedClass(name);        //首先查询是否加载过该类，如果已经加载过，直接返回已经加载好的类，否则加载新的类        if(null != c){            return c;        }else{            ClassLoader parent = this.getParent();            c = parent.loadClass(name); //委派给父类加载            if(null != c){                return c;            }else{                byte[] classData = getClassData(name);                if(classData==null){                    throw new ClassNotFoundException();                }else{                    c = defineClass(name, classData,0, classData.length);                }            }        }        return c;    }    private byte[] getClassData(String name) {  //com.lyy.test.User    d:/myjava/com/lyy/test/User.class        String path = rootDir+"/"+name.replace('.', '/')+"class";        //IOUtils，可以使用它将流中的数据转成字节数据        InputStream is = null;        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();        try {            is = new FileInputStream(path);            byte[] buffer = new byte[1024];            int temp = 0;            while((temp=is.read(buffer)) != -1){                baos.write(buffer,0,temp);            }            return baos.toByteArray();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();            return null;        }finally{            try {                if(is != null){                    is.close();                }                if(baos != null){                    baos.close();                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

package com.lyy.test;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;/** * 加载文件系统加密后的class字节码的类加载器 * @author 01 * */public class DecrptClassLoader extends ClassLoader{    //com.lyy.test.User --> d:/myjava/com/lyy/test/User.class    private String rootDir;    public DecrptClassLoader(String rootDir){        this.rootDir=rootDir;    }    @Override    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {        Class<?> c = findLoadedClass(name);        //首先查询是否加载过该类，如果已经加载过，直接返回已经加载好的类，否则加载新的类        if(null != c){            return c;        }else{            ClassLoader parent = this.getParent();            c = parent.loadClass(name); //委派给父类加载            if(null != c){                return c;            }else{                byte[] classData = getClassData(name);                if(classData==null){                    throw new ClassNotFoundException();                }else{                    c = defineClass(name, classData,0, classData.length);                }            }        }        return c;    }    private byte[] getClassData(String name) {  //com.lyy.test.User    d:/myjava/com/lyy/test/User.class        String path = rootDir+"/"+name.replace('.', '/')+"class";        //IOUtils，可以使用它将流中的数据转成字节数据        InputStream is = null;        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();        try {            is = new FileInputStream(path);            int temp = -1;            while((temp=is.read()) != -1){                baos.write(temp^0xff); //取反操作,相当于解密操作            }            return baos.toByteArray();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();            return null;        }finally{            try {                if(is != null){                    is.close();                }                if(baos != null){                    baos.close();                }            } catch (IOException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

线程上下文类加载器
双亲委托机制以及类加载器的问题
一般情况下，保证同一个类中所关联的其他类都是由当前类的类加载器所加载的。
比如，Class本身在Ext下找到，那么他里面new出来的一些类也就只能用ext去查找了（不会低一个级别），所以有些明明app可以找到的，却找不到了。
JDBC API 他有实习那的driven部门（mysql/sql server），我们的JDBC API都是由Boot或者Ext来载入的，但是Service Prover却是由EXT或者App来载入，那么就有可能找不到driver了，在java领域中，其实只要分成这种Api-SPI(Service Provide Interface，特定厂商提供)的，都会遇到此问题。
常见的SPi 有JDBC、JCE、JNXP和JBI等。

package com.lyy.test;/** * 线程上下文类加载器 * @author 01 * */public class Demo5 {    public static void main(String[] args) throws Exception {        ClassLoader loader = Demo5.class.getClassLoader();        System.out.println(loader);        ClassLoader laoder2 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();        System.out.println(laoder2);        Thread.currentThread().setContextClassLoader(new FileSystemClassLoader("E:/VIP/"));        System.out.println(Thread.currentThread().getContextClassLoader());        Class<Demo1> c = (Class<Demo1>)Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass("com.lyy.test.Demo1");        System.out.println(c);        System.out.println(c.getClassLoader());    }}

TOMCAT服务器的类加载机制