一、類(lèi)加載機(jī)制

類(lèi)加載器負(fù)責(zé)加載所有的類(lèi)，系統(tǒng)為所有被載入內(nèi)存中的類(lèi)生成一個(gè)java.lang.Class實(shí)例。一旦一個(gè)類(lèi)被載入JVM中，同一個(gè)類(lèi)就不會(huì)被再次載入了。在JVM中，一個(gè)類(lèi)用其全限定類(lèi)名和其類(lèi)加載器作為唯一標(biāo)識(shí)。

當(dāng)JVM啟動(dòng)時(shí)，會(huì)形成由三個(gè)類(lèi)加載器組成的初始類(lèi)加載器層次結(jié)構(gòu)：

1. Bootstrap ClassLoader：根類(lèi)加載器，加載jre/lib/rt.jar、charset.jar等核心類(lèi)，由C++實(shí)現(xiàn)；
2. Extension ClassLoader：擴(kuò)展類(lèi)加載器，加載擴(kuò)展jar包，jre/lib/ext/*.jar，或由-Djava.ext.dirs指定；
3. System ClassLoader：系統(tǒng)類(lèi)加載器，加載classpath指定內(nèi)容。

Bootstrap ClassLoader被稱(chēng)為引導(dǎo)（也成為原始或根）類(lèi)加載器，它負(fù)責(zé)加載Java的核心類(lèi)。在Sun的JVM中，當(dāng)執(zhí)行java.exe命令時(shí)，使用-Xbootclasspath或-D選項(xiàng)指定sun.boot.class.path系統(tǒng)屬性值可以指定加載附加的類(lèi)。

JVM的類(lèi)加載機(jī)制主要有如下三種：

1. 全盤(pán)負(fù)責(zé)：所謂全盤(pán)負(fù)責(zé)，就是當(dāng)一個(gè)類(lèi)加載器負(fù)責(zé)加載某個(gè)Class時(shí)，該Class所依賴(lài)的和引用的其他Class也將由該類(lèi)加載器負(fù)責(zé)載入，除非顯示使用另外一個(gè)類(lèi)加載器來(lái)載入。
2. 父類(lèi)委托：所謂父類(lèi)委托，則是先讓parent（父）類(lèi)加載器試圖加載該Class，只有在父類(lèi)加載器無(wú)法加載該類(lèi)時(shí)才嘗試從自己的類(lèi)路徑中加載該類(lèi)。
3. 緩存機(jī)制：緩存機(jī)制將會(huì)保證所有加載過(guò)的Class都會(huì)被緩存，當(dāng)程序中需要使用某個(gè)Class時(shí)，類(lèi)加載器先從緩存區(qū)中搜尋該Class，只有當(dāng)緩存區(qū)中不存在該Class對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)讀取該類(lèi)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成Class對(duì)象，存入到緩存區(qū)中。這就是為什么修改了Class后，必須重新啟動(dòng)JVM，程序所做的修改才會(huì)生效的原因。

注：類(lèi)加載器之間的父子關(guān)系并不是類(lèi)繼承上的父子關(guān)系，這里的父子關(guān)系是類(lèi)加載器實(shí)例之間的關(guān)系。

除了可以使用Java提供的類(lèi)加載器之外，也可以通過(guò)繼承ClassLoader來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義的類(lèi)加載器。 

JVM的根類(lèi)加載器不是Java實(shí)現(xiàn)的，而且由于程序通常無(wú)須訪(fǎng)問(wèn)根類(lèi)加載器，因此訪(fǎng)問(wèn)擴(kuò)展類(lèi)加載器的父類(lèi)加載器時(shí)返回null。但實(shí)際上，擴(kuò)展類(lèi)加載器的父類(lèi)加載器時(shí)根類(lèi)加載器。

jdk8中，系統(tǒng)類(lèi)加載器時(shí)AppClassLoader的實(shí)例，擴(kuò)展類(lèi)加載器是ExtClassLoader的實(shí)例。實(shí)際上，這兩個(gè)類(lèi)都繼承URLClassLoader類(lèi)0，因此也都是URLClassLoader類(lèi)的實(shí)例。

類(lèi)加載器加載Class大致要經(jīng)過(guò)如下8個(gè)步驟：

1. 檢測(cè)此Class是否載入過(guò)（即在緩存區(qū)中是否有此Class），如果有則直接進(jìn)入第8步，否則接著執(zhí)行第2步；
2. 如果父類(lèi)加載器不存在（如果沒(méi)有父類(lèi)加載器，則要么parent一定是根類(lèi)加載器，要么本身就是根類(lèi)加載器），則直接執(zhí)行第3步；如果父類(lèi)加載器存在，則繼續(xù)執(zhí)行第2步；
3. 請(qǐng)求使用根類(lèi)加載器來(lái)載入目標(biāo)類(lèi)，如果成功載入則跳到第9步，如果未成功若當(dāng)前類(lèi)加載器就是根類(lèi)加載器則跳到第8步，否則接著執(zhí)行第4步；
4. 請(qǐng)求使用擴(kuò)展類(lèi)加載器來(lái)載入目標(biāo)類(lèi)，如果成功載入則跳到第9步，如果未成功若當(dāng)前類(lèi)加載器就是擴(kuò)展類(lèi)加載器則跳到第8步，否則接著執(zhí)行第5步；
5. 請(qǐng)求使用系統(tǒng)類(lèi)加載器來(lái)載入目標(biāo)類(lèi)，如果成功載入則跳到第9步，如果未成功若當(dāng)前類(lèi)加載器就是系統(tǒng)類(lèi)加載器則跳到第8步，否則接著執(zhí)行第6步；
6. 當(dāng)前類(lèi)加載器嘗試尋找Class文件（從與此ClassLoader相關(guān)的類(lèi)路徑中尋找），如果找到則執(zhí)行第7步，如果找不到則跳到第8步；
7. 從文件中載入Class，成功載入后跳到第8步；
8. 拋出ClassNotFoundException異常；
9. 返回對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象。

注：其中，第6、7步允許重寫(xiě)ClassLoader的findClass()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的載入策略，甚至重寫(xiě)loadClass()方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的載入過(guò)程。

下圖為類(lèi)加載器加載Class過(guò)程的流程圖：

類(lèi)加載器加載Class流程

二、雙親委派機(jī)制

JVM中類(lèi)加載采用雙親委派機(jī)制，所謂雙親委派就是當(dāng)一個(gè)類(lèi)加載器收到類(lèi)加載請(qǐng)求時(shí)他不會(huì)直接去加載目標(biāo)類(lèi)，而是把該請(qǐng)求委托給父類(lèi)加載器去加載。只有當(dāng)你父類(lèi)加載器無(wú)法加載目標(biāo)類(lèi)時(shí)，才會(huì)交由當(dāng)前類(lèi)加載器加載目標(biāo)類(lèi)。

采用雙親委派機(jī)制，保證了安全性，避免核心類(lèi)庫(kù)被自定義類(lèi)加載器加載，也避免了類(lèi)被重復(fù)加載。

下圖為雙親委派機(jī)制的流程圖。

三、自定義類(lèi)加載器

JVM中除根類(lèi)加載器之外的所有類(lèi)加載器都是ClassLoader子類(lèi)的實(shí)例，可以通過(guò)擴(kuò)展ClassLoader的子類(lèi)，并重寫(xiě)該ClassLoader所包含的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自定義的類(lèi)加載器。

ClassLoader中包含大量的protected方法——這些方法都可被子類(lèi)重寫(xiě)。

ClassLoader類(lèi)有兩個(gè)關(guān)鍵方法：

1. findClass(String name)：根據(jù)指定名稱(chēng)來(lái)查找類(lèi)。
2. loadClass(String name, boolean resolve)：該方法為ClassLoader的入口點(diǎn)，根據(jù)指定名稱(chēng)來(lái)加載類(lèi)，系統(tǒng)就是調(diào)用ClassLoader的該方法來(lái)獲取指定類(lèi)對(duì)應(yīng)的Class對(duì)象。

loadClass()方法的執(zhí)行步驟如下：

①用findLoadedClass(String)來(lái)檢查是否已經(jīng)加載類(lèi)，如果已經(jīng)加載則直接返回。

②在父類(lèi)加載器上調(diào)用loadClass()方法。如果父類(lèi)加載器為null，則使用根類(lèi)加載器來(lái)加載。

③調(diào)用findClass(String)方法查找類(lèi)。

從上面步驟可以看出，重寫(xiě)findClass()方法可以避免覆蓋默認(rèn)類(lèi)加載器的父類(lèi)委托、緩沖機(jī)制兩種策略；如果重寫(xiě)loadClass()方法則實(shí)現(xiàn)邏輯更為復(fù)雜。

ClassLoader里還有一個(gè)核心方法：Class defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)，該方法負(fù)責(zé)將指定類(lèi)的字節(jié)碼文件（即Class文件）讀入字節(jié)數(shù)組byte[] b內(nèi)，并把它轉(zhuǎn)換為Class對(duì)象，該字節(jié)碼文件可以來(lái)源于文件、網(wǎng)絡(luò)等、defineClass()方法管理JVM的許多復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)將字節(jié)碼分析成運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并校驗(yàn)有效性等。該方法是final的，不可重寫(xiě)。

除此之外，ClassLoader里還包含如下一些普通方法。

• findSystemClass(String name)：從本地文件系統(tǒng)裝入文件。它在本地文件系統(tǒng)中尋找類(lèi)文件，如果存在，就使用defineClass()方法將原始字節(jié)轉(zhuǎn)換成Class對(duì)象，以將該文件轉(zhuǎn)換成類(lèi)；
• static getSystemClassLoader()：返回系統(tǒng)類(lèi)加載器；
• getParent()：獲取該類(lèi)加載器的父類(lèi)加載器；
• resolveClass(Class<?> c)：鏈接指定的類(lèi)。類(lèi)加載器可以使用此方法來(lái)鏈接類(lèi)c；
• findLoadedClass(String name)：如果此Java虛擬機(jī)已經(jīng)加載了名為name的類(lèi)，則直接返回該類(lèi)對(duì)應(yīng)的Class實(shí)例，否則返回null。該方法是Java類(lèi)加載緩存機(jī)制的體現(xiàn)。

四、URLClassLoader類(lèi)

Java為ClassLoader提供了一個(gè)URLClassLoader實(shí)現(xiàn)類(lèi)，該類(lèi)也是系統(tǒng)類(lèi)加載器和擴(kuò)展類(lèi)加載器的父類(lèi)（此處的父類(lèi)，就是指類(lèi)與類(lèi)之間的繼承關(guān)系）。URLClassLoader功能比較強(qiáng)大，它既可以從本地文件系統(tǒng)獲取二進(jìn)制文件來(lái)加載類(lèi)，也可以從遠(yuǎn)程主機(jī)獲取二進(jìn)制文件來(lái)加載類(lèi)。

在應(yīng)用程序中可以直接使用URLClassLoader加載類(lèi)，URLClassLoader類(lèi)提供了如下兩個(gè)構(gòu)造器。

1. URLClassLoader(URL[] urls)：使用默認(rèn)的父類(lèi)加載器創(chuàng)建一個(gè)ClassLoader對(duì)象，該對(duì)象將從urls所指定的系列路徑來(lái)查詢(xún)并加載類(lèi)。
2. URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent)：使用指定的父類(lèi)加載器創(chuàng)建一個(gè)ClassLoader對(duì)象，其他功能與前一個(gè)構(gòu)造器相同。

一旦得到了URLClassLoader對(duì)象之后，就可以調(diào)用該對(duì)象的loadClass()方法來(lái)加載指定類(lèi)。

到此這篇關(guān)于深入理解Java中的類(lèi)加載器原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java類(lèi)加載器內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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