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  • Java 虚拟机10:类加载器

    类与类加载器

    虚拟机设计团队把类加载阶段张的”通过一个类的全限定名来获取此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为”类加载器”。类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但它在Java程序中起到的作用却远远不限定于类加载阶段。对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。这句话表达地再简单一点就是:比较两个类是否”相等”,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则即使这两个类来源于同一个.class文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,这两个类必定不相等。

    上面说的”相等”,包括代表类的.class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果,也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。

    类加载器模型

    从Java虚拟机的角度讲,只有两种不同的类加载器:启动类加载器Bootstrap ClassLoader,这个类加载器是由C++语言实现的,是虚拟机自身的一部分;其他类加载器,这些类加载器都由Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部继承自java.lang.ClassLoader。从开发人员的角度讲,类加载器还可以划分地更加细致一些,一张图就能说明:

    关于这张图先说两点:

    1、这三个层次的类加载器并不是继承关系,而只是层次上的定义

    2、它并不是一个强制性的约束模型,而是Java设计者推荐给开发者的一种类加载器实现方式

    OK,然后一个一个类加载器来看:

    1、启动类加载器Bootstrap ClassLoader

    之前说过了这是一个嵌在JVM内核中的加载器。它负责加载的是JAVA_HOME/lib下的类库,系统类加载器无法被Java程序直接应用

    2、扩展类加载器Extension ClassLoader

    这个类加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现,它负责用于加载JAVA_HOME/lib/ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量指定所指定的路径中所有类库,开发者可以直接使用扩展类加载器。java.ext.dirs系统变量所指定的路径的可以通过程序来查看

    public class TestMain
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
        }
    }

    运行结果

    E:\MyEclipse10\Common\binary\com.sun.java.jdk.win32.x86_64_1.6.0.013\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext

    3、应用程序类加载器Application ClassLoader

    这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。这个类也一般被称为系统类加载器,写个小程序看下:

    public class TestMain
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        }
    }

    运行结果为:

    sun.misc.Launcher$AppClassLoader@546b97fd

    看到通过”ClassLoader.getSystemClassLoader”,得到的是sun.misc.Launcher$AppClassLoader,这也证明了JDK认为Application ClassLoader是系统类加载器。顺便根据类加载器模型,打印一下这个类的父加载器:

    public class TestMain
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
        }
    }

    运行结果为:

    sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@535ff48b

    看出Application ClassLoader的父加载器确实是Extension ClassLoader,符合图中的模型。那么再打印父加载器呢?按照我们的想法应该是Bootstrap ClassLoader了,看下是不是:

    public class TestMain
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());
        }
    }

    运行结果为:

    null

    这会打印出来的是null了。其实也很好理解,Bootstrap ClassLoader以外的ClassLoader都是Java实现的,因此这些ClassLoader势必在Java堆中有一份实例在,所以Extension ClassLoader和Application ClassLoader都能打印出内容来。但是Bootstrap ClassLoader是JVM的一部分,是用C/C++写的,不属于Java,自然在Java堆中也没有自己的空间,所以就返回null了。所以,如果ClassLoader得到的是null,那么表示的ClassLoader就是Bootstrap ClassLoader

    另外要说很重要的一点,反编译一下rt.jar,找到sun.misc.Launcher看一下Application ClassLoader的实现:

    static class AppClassLoader extends URLClassLoader
      {
        public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader paramClassLoader)
          throws IOException
        {
          String str = System.getProperty("java.class.path");
          final File[] arrayOfFile = str == null ? new File[0] : Launcher.getClassPath(str);
          return (ClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction()
          {
            public Launcher.AppClassLoader run()
            {
              URL[] arrayOfURL = this.val$s == null ? new URL[0] : Launcher.pathToURLs(arrayOfFile);
              return new Launcher.AppClassLoader(arrayOfURL, paramClassLoader);
            }
          });
        }

    重点就在第6行,Application ClassLoader只会加载java.class.path下的.class文件,java.class.path代表的是什么路径?打印一下:

    public class TestMain
    {
        public static void main(String[] args)
        {
            System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
        }
    }

    运行结果为:

    F:\代码\MyEclipse\TestArticle\bin;F:\学习\第三方jar包\XStream\xstream-1.4.jar;F:\学习\第三方jar包\XStream\kxml2.jar

    我这里有添加两个.jar到CLASSPATH下。那也可以下一个重要的结论了:

    Application ClassLoader只能加载项目bin目录下的.class文件

    双亲委派模型

    后讲一下双亲委派模型,其实上面的类加载器模型图就是一个双亲委派模式的图,这里把它再讲清楚一点。

    双亲委派模型是在JDK1.2期间被引入的,其工作过程可以分为两步:

    1、如果一个类加载器收到了类加载的请求,它先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此。

    2、只有当父加载器反馈自己无法完成这这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载

    所以,其实所有的加载请求终都应该传送到顶层的启动类加载器中。双亲委派模型对于Java程序的稳定运作很重要,因为Java类随着它的加载器一起具备了一种带有优先的层次关系。例如java.lang.Object,存放于rt.jar中,无论哪一个类加载器要去加载这个类,终都是由Bootstrap ClassLoader去加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是一个类。相反,如果没有双亲委派模型,由各个类自己去加载的话,如果用户自己编写了一个java.lang.Object,并放在CLASSPATH下,那系统中将会出现多个不同的Object类,Java体系中基础的行为也将无法保证,应用程序也将会变得一片混乱。

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