Java類加載器ClassLoader源碼解析

說明:瞭解ClassLoader前,先了解 第四章 類加載機制
 
1、ClassLoader作用
· 類加載流程的"加載"階段是由類加載器完成的。
 
2、類加載器結構
結構:BootstrapClassLoader(祖父)-->ExtClassLoader(爺爺)-->AppClassLoader(也稱爲SystemClassLoader)(爸爸)-->自定義類加載器(兒子)
關係:看括號中的排位;彼此相鄰的兩個爲父子關係,前爲父,後爲子
2.1、BootstrapClassLoader
· 下邊簡稱爲boot
· C++編寫
· 爲ExtClassLoader的父類,但是通過ExtClassLoader的getParent()獲取到的是null(在類加載器部分:null就是指boot)
· 主要加載:E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar(最重要的就是:rt.jar)
2.2、ExtClassLoader:
· 下邊簡稱爲ext
· java編寫,位於sun.misc包下,該包在你導入源代碼的時候是沒有的,需要重新去下
· 主要加載:E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar(eg.dnsns.jar)
2.3、AppClassLoader:
· 下邊簡稱爲app
· java編寫,位於sun.misc包下
· 主要加載:類路徑下的jar
2.4、自定義類加載器:
· 下邊簡稱爲custom
· 自己編寫的類加載器,需要繼承ClassLoader類或URLClassLoader,並至少重寫其中的findClass(String name)方法,若想打破雙親委託機制,需要重寫loadClass方法
· 主要加載:自己指定路徑的class文件
 
3、全盤負責機制
概念:假設ClassLoaderA要加載class B,但是B引用了class C,那麼ClassLoaderA先要加載C,再加載B,"全盤"的意思就是,加載B的類加載器A,也會加載B所引用的類


4、雙親委託機制
這也是類加載器加載一個類的整個過程。
過程:假設我現在從類路徑下加載一個類A,
1)那麼app會先查找是否加載過A,若有,直接返回;
2)若沒有,去ext檢查是否加載過A,若有,直接返回;
3)若沒有,去boot檢查是否加載過A,若有,直接返回;
4)若沒有,那就boot加載,若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下找到了指定名稱的類,則加載,結束;
5)若沒找到,boot加載失敗;
6)ext開始加載,若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下找到了指定名稱的類,則加載,結束;
7)若沒找到,ext加載失敗;
8)app加載,若在類路徑下找到了指定名稱的類,則加載,結束;
9)若沒有找到,拋出異常ClassNotFoundException
注意:
·在上述過程中的1)2)3)4)6)8)後邊,都要去判斷是否需要進行"解析"過程 ("解析"見 第四章 類加載機制)
·類的加載過程只有向上的雙親委託,沒有向下的查詢和加載,假設是ext在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下加載一個類,那麼整個查詢與加載的過程與app無關。
·假設A加載成功了,那麼該類就會緩存在當前的類加載器實例對象C中,key是(A,C)(其中A是類的全類名,C是加載A的類加載器對象實例),value是對應的java.lang.Class對象
·上述的1)2)3)都是從相應的類加載器實例對象的緩存中進行查找
·進行緩存的目的是爲了同一個類不被加載兩次
·使用(A,C)做key是爲了隔離類,假設現在有一個類加載器B也加載了A,key爲(A,B),則這兩個A是不同的A。這種情況怎麼發生呢?
·假設有custom1、custom2兩個自定義類加載器,他們是兄弟關係,同時加載A,這就是有可能的了
總結:
·從底向上檢查是否加載過指定名稱的類;從頂向下加載該類。(在其中任何一個步驟成功之後,都會中止類加載過程)
·雙親委託的好處:假設自己編寫了一個java.lang.Object類,編譯後置於類路徑下,此時在系統中就有兩個Object類,一個是rt.jar的,一個是類路徑下的,在類加載的過程中,當要按照全類名去加載Object類時,根據雙親委託,boot會加載rt.jar下的Object類,這是方法結束,即類路徑下的Object類就沒有加載了。這樣保證了系統中類不混亂。
 
5、源代碼
 /**
  * 根據指定的binary name加載class。
  * 步驟:
  * 假設我現在從類路徑下加載一個類A,
  * 1)那麼app會先查找是否加載過A(findLoadedClass(name)),若有,直接返回;
  * 2)若沒有,去ext檢查是否加載過A(parent.loadClass(name, false)),若有,直接返回;
  * findBootstrapClassOrNull(name) 3)4)5)都是這個方法
  * 3)若沒有,去boot檢查是否加載過A,若有,直接返回;
  * 4)若沒有,那就boot加載,若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下找到了指定名稱的類,則加載,結束;
  * 5)若沒找到,boot加載失敗;
  * findClass(name) 6)7)8)9)都是這個方法
  * 在findClass中調用了defineClass方法,該方法會生成當前類的java.lang.Class對象
  * 6)ext開始加載,若在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\ext\*.jar下找到了指定名稱的類,則加載,結束;
  * 7)若沒找到,ext加載失敗;
  * 8)app加載,若在類路徑下找到了指定名稱的類,則加載,結束;
  * 9)若沒有找到,拋出異常ClassNotFoundException
  * 注意:在上述過程中的1)2)3)4)6)8)後邊,都要去判斷是否需要進行"解析"過程
*/
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
Class c = findLoadedClass(name);//檢查要加載的類是不是已經被加載了
if (c == null) {//沒有被加載過
try {
if (parent != null) {
                    //如果父加載器不是boot,遞歸調用loadClass(name, false)
                    c = parent.loadClass(name, false);
               } else {//父加載器是boot
                    /*
                     * 返回一個由boot加載過的類;3)
                     * 若沒有,就去試着在E:\Java\jdk1.6\jre\lib\*.jar下查找 4)
                     * 若在bootstrap class loader的查找範圍內沒有查找到該類,則返回null 5)
             */
                 c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
                //父類加載器無法完成加載請求
}
if (c == null) {
//如果父類加載器未找到,再調用本身(這個本身包括ext和app)的findClass(name)來查找類
                  c = findClass(name);
       }
          }
 if (resolve) {
resolveClass(c);
 }
 return c;
 }
說明:
· 該段代碼中引用的大部分方法實質上都是native方法
· 其中findClass方法的類定義如下:
    /**
     * 查找指定binary name的類
     * 該類應該被ClassLoader的實現類重寫
     */
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
· 關於findClass可以查看URLClassLoader.findClass(final String name),其中引用了defineClass方法,在該方法中將二進制字節流轉換爲了java.lang.Class對象。
附:關於遞歸
遞歸基於棧實現。
上述的代碼如果不清楚遞歸的意義是看不清的。
解釋:
· app_loadClass()方法執行到ext_loadClass(),這時候對於app_loadClass()中剩餘的findClass()會在棧中向下壓;
· 然後執行ext_loadClass(),當執行到findBootstrapClassOrNull(name),這時候ext_loadClass()中剩餘的findClass()也會從棧頂向下壓,此時ext_loadClass()_findClass()僅僅位於app_loadClass()_findClass()的上方;
· 然後執行findBootstrapClassOrNull(name),當boot檢測過後並且執行完加載後並且沒成功,boot方法離開棧頂;
· 然後執行此時棧頂的ext_loadClass()_findClass()
· 然後執行此時棧頂的app_loadClass()_findClass()
這樣,就完成了雙親委託機制。
遞歸太煩了,實際開發中儘量不要用!



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