• java classloader原理初探


    ClassLoader是用来处理类加载的类,它管理着具体类的运行时上下文。

    1.ClassLoader存在的模块意义:

    1)从java的package定义出发:

       classloader是通过分层的关联方式来管理运行中使用的类,不同的classloader中管理的类是不相同的,或者即便两个类毫无二致(除了路径)也是不同的两个类,在进行强制转换时也会抛出ClassCastException。所以,通过classloader的限制,我们可以建立不同的package路径以区别不同的类(注意这里的“不同”是指,命名和实现完全一致,但是有不同的包路径。)。那么也是因为有特定的classloader,我们可以实现具体模块的加载,而不影响jvm中其他类,即发生类加载的冲突。

    2)但是,如果两个在不同路径下的类(我们假定,这两个类定义中,不存在package声明,完全一样的两个类),经过不同的classloader加载,这两个类在jvm中产生的实例可以相互转换吗?

    答案是否定的。即便这两个类除了存在位置不同之外,都完全一样。经由不同classloader加载的两个类依然是不同的两个对象。通过Class.newInstance()或者Class.getConstructor().newInstance()产生的对象是完全不同的实例。

    以上两种情况,package可以使得我们的软件架构清晰,但那不是最终作用,如果跟classloader结合起来理解,效果更好。

    2.ClassLoader的类加载机制:

       ClassLoader作为java的一个默认抽象类,给我们带来了极大的方便,如果我们要自己实现相应的类加载算法的话。

       每个类都有一个对应的class与之绑定,并且可以通过MyClass.class方式来获取这个Class对象。通过Class对象,我们就能获取加载这个类的classloader。但是,我们现在要研究的是,一个类,是如何通过classloader加载到jvm中的。

       其中有几个关键方法,值得我们了解一番:

       protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException;

    我们可以假设一个实例在建立时,例如通过new方式,是经由如此步骤实现:ClassLoader.loadClass("classname",false).newInstance()。

    接下来需要考虑的是loadClass方法为我们做了哪些工作?如何跟对应的.class文件结合,如何将对应的文件变成我们的Class对象,如何获得我们需要的类?

    在ClassLoader类中,已经有了loadClass默认实现。我们结合源代码说明一下:

    protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)

    throws ClassNotFoundException

        {

    // 首先检查,jvm中是否已经加载了对应名称的类,findLoadedClass(String )方法实际上是findLoadedClass0方法的wrapped方法,做了检查类名的工

           //作,而findLoadedClass0则是一个native方法,通过底层来查看jvm中的对象。

    Class c = findLoadedClass(name);

    if (c == null) {//类还未加载

       try {

    if (parent != null) {

                        //在类还未加载的情况下,我们首先应该将加载工作交由父classloader来处理。

       c = parent.loadClass(name, false);

    } else {

                        //返回一个由bootstrap class loader加载的类,如果不存在就返回null

       c = findBootstrapClassOrNull(name);

    }

       } catch (ClassNotFoundException e) {

                    // ClassNotFoundException thrown if class not found

                    // from the non-null parent class loader

                }

                if (c == null) {

           // If still not found, then invoke findClass in order

           // to find the class.

           c = findClass(name);//这里是我们的入手点,也就是指定我们自己的类加载实现

       }

    }

    if (resolve) {

       resolveClass(c);//用来做类链接操作

    }

    return c;

        }

    在这段代码中,应该已经说明了很多问题,那就是jvm会缓存加载的类,所以,在我们要求classloader为我们加载类时,要先通过findLoadedClass方法来查看是否已经存在了这个类。不存在时,就要先由其parent class loader 来loadClass,当然可以迭代这种操作一直到找到这个类的加载定义。如果这样还是不能解决问题,对于我们自己实现的class loader而言,可以再交由system class loader来loadClass,如果再不行,那就让findBootstrapClassOrNull。经历了如此路程,依然不能解决问题时,那就要我们出马来摆平,通过自己实现的findClass(String)方法来实现具体的类加载。

    这段实现代码摘自Andreas Schaefer写的文章中的代码(这篇文章相当精彩)

    protected Class findClass( String pClassName )

               throws ClassNotFoundException {

           try {

               System.out.println( "Current dir: " + new File( mDirectory ).getAbsolutePath() );

               File lClassFile = new File( mDirectory, pClassName + ".class" );

               InputStream lInput = new BufferedInputStream( new FileInputStream( lClassFile ) );

               ByteArrayOutputStream lOutput = new ByteArrayOutputStream();

               int i = 0;

               while( ( i = lInput.read() ) >= 0 ) {

                   lOutput.write( i );

               }

               byte[] lBytes = lOutput.toByteArray();

               return defineClass( pClassName, lBytes, 0, lBytes.length );

           } catch( Exception e ) {

               throw new ClassNotFoundException( "Class: " + pClassName + " could not be found" );

           }

       }

    findClass方法主要的工作是在指定路径中查找我们需要的类。如果存在此命名的类,那么就将class文件加载到jvm中,再由defineClass方法(一个native方法)来生成具体的Class对象。

    一般来说,经过上述方式来加载类的话,我们的类可能都在一个classloader中加载完成。但是,再强调一下,那就是如果类有不同路径或者不同包名,那就是不同类定义。

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