【正文】Java類加載器( CLassLoader ) 死磕3:
揭祕 ClassLoader抽象基類
本小節目錄
3.1. 類的加載分類：隱式加載和顯示加載
3.2. 加載一個類的五步工作
3.3. 如何獲取類的加載器
3.4 解刨加載器——ClassLoader抽象基類揭祕
3.5. loadClass 關鍵源代碼分析
3.1. 揭祕ClassLoader抽象基類
3.1.1. 類的加載分類：隱式加載和顯示加載
java中類是動態加載的，jvm啓動的時候，並不會一次性加載所有的class文件，而是根據需要去動態加載。一是加快啓動的速度，二是節約內存。如果一次性加載全部jar包的所有class，速度會很慢。
動態載入一個class類，有兩種方式：
(1) implicit隱式加載
即通過實例化才載入的特性來動態載入class。比如：
IPet dog=new Dog();
在新建對象時，如果Dog.class類沒有加載，則JVM 會在背後調用當前的AppClassLoader，加載Dog.class，並且初始化。
(2) explicit顯式加載
explicit顯式方式，又分兩種方式:
一是：java.lang.Class的forName()方法。 比如：
Class<?> aClass = Class.forName(className);
二是：java.lang.ClassLoader的loadClass()方法。 比如：
FileClassLoader classLoader = new FileClassLoader(null，baseDir);
Class<?> aClass = classLoader.loadClass(className);
下面有兩個問題：
兩種顯示加載的方式，有何區別呢？
兩種顯示加載的方式，有何聯繫呢？
花開兩朵，各表一枝。 現在先介紹通過第二種ClassLoader顯式加載方法 ，其類的加載過程。然後再進行兩種方式的比對。
在介紹ClassLoader顯式加載前，先回顧一下類的加載過程。
3.1.2. 加載一個類的五步工作
在瘋狂創客圈的《死磕java》工程源碼中，有一個常用的系統屬性的配置類——SystemConfig 。下面以次爲例，展示一下類的加載過程。
源代碼如下：
package com.crazymakercircle.config;
.....................
@ConfigFileAnno(file = "/system.properties")
public class SystemConfig extends ConfigProperties
{
static
{
Logger.info("開始加載配置文件到SystemConfig");
//依照註解裝載配置項
loadAnnotations(SystemConfig.class);
}
....................................
@ConfigFieldAnno(proterty = "debug")
public static boolean debug;
/**
* 寵物工廠類的名稱
*/
@ConfigFieldAnno(proterty = "pet.factory.class")
public static String PET_FACTORY_CLASS;
/**
* 寵物模塊的類路徑
*/
@ConfigFieldAnno(proterty = "pet.lib.path")
public static String PET_LIB_PATH;
}
編譯完成後，這個”.java”文件經過Java編譯器編譯成拓展名爲”.class”文件——SystemConfig.class，這個”.class”文件中保存着Java代碼經轉換後的虛擬機指令。
當需要使用這個類時，虛擬機將會加載它的SystemConfig.class”文件，並創建對應的class對象，將class文件加載到虛擬機的內存，這個過程稱爲類加載，這個就是類加載的過程。
類加載的過程分爲五步：加載、驗證、準備、解析、初始化。
一、加載：
通過一個類的完全限定名稱，查找此類字節碼”.class”文件，讀入內存形成字節碼流。並創建一個Class對象。
二、驗證
檢查字節流中包含信息符合虛擬機要求，不會危害虛擬機自身安全。主要包括四種驗證，文件格式驗證，元數據驗證，字節碼驗證，符號引用驗證。
三、準備
主要的工作是，在方法區分配靜態變量的內存，並且進行內存的初始化，設置初始值即0。
四、解析
主要將常量池中的符號引用進行翻譯，翻譯爲直接引用，也就是在內存中的地址。
五、初始化
首先，如果類的存在靜態變量需要進行賦值，在這個階段完成。
其次，如果有static 靜態塊，在這個階段執行。
再次，若該類具有超類，則對其進行初始化。
實例中，通過這一步，完成執行SystemConfig 類的static塊的執行，並且爲每一個配置項賦值，因爲都是靜態的。
通過這個五步，一個類的全限定名的”.class”文件，完成了轉換爲一個與目標類對應的java.lang.Class對象實例的工作。 實際的工作，遠遠比上面的陳述的負責。爲了方便理解和記憶，上面進行了大大的簡化，只是提取出主要的特徵。
以上五步的中間3個步驟，驗證、準備、解析，合起來有一個統稱，叫類的鏈接。
3.1.3. 如何獲取類的加載器
使用 getClassLoader() 方法，可以取得類的加載器。如果是應用程序的class path下的類，加載器一般爲AppClassLoader 類型。當前，並不是絕對的，這個後面講到如何去定製和修改。
查看一下當前實例的應用程序類所屬的classLoader，代碼如下：
public static void showCurrentClassLoader()
{
Logger.info("");
Logger.info("顯示當前類的ClassLoader::");
Logger.info("class=" + ClassLoaderDemo.class.getCanonicalName());
ClassLoader loader = ClassLoaderDemo.class.getClassLoader();
Logger.info("Loader=" + loader.toString());
}
結果如下：
showCurrentClassLoader |> 顯示當前類的ClassLoader:: showCurrentClassLoader |> class=com.crazymakercircle.classLoaderDemo.base.ClassLoaderDemo showCurrentClassLoader |> Loader=sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
代碼如下：
public static void showAppLoader()
{
String className = "com.crazymakercircle.config.SystemConfig";
Class<?> target = null;
try
{
//根據類名 顯示加載加載類
target = Class.forName(className);
} catch (ClassNotFoundException e)
{
e.printStackTrace();
}
Logger.info("顯示加載的類的ClassLoader:");
Logger.info("class=" + target.getCanonicalName());
ClassLoader loader = target.getClassLoader();
Logger.info("Loader=" + loader.toString());
}
結果如下：
showAppLoader |> 顯示加載的類的ClassLoader:
showAppLoader |> class=com.crazymakercircle.config.SystemConfig
showAppLoader |> Loader=sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
%java.ext.dirs% 下jar中類的加載器，類型一定爲Extention ClassLoader。比方說，DNSNameService 域名服務類是一個典型的 lib\ext 中的dnsns.jar包中的類，我們來看下他的加載器。代碼如下：
public static void showExtClassLoader()
{
ClassLoader loader = DNSNameService.class.getClassLoader();
Logger.info("");
Logger.info("%java.ext.dirs% 下類的ClassLoader:");
Logger.info("class=" + DNSNameService.class.getCanonicalName());
Logger.info("Loader=" + loader.toString());
}
結果如下：
showExtClassLoader |> %java.ext.dirs% 下類的ClassLoader: showExtClassLoader |> class=sun.net.spi.nameservice.dns.DNSNameService showExtClassLoader |> Loader=sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@12a3a380
%java.home% 下jar中類的加載器，我們可以理所當然的認爲，一定是Bootstrap ClassLoader 加載器類型。 比方說，String 類是一個典型的系統屬性%java.home% 目錄下 rt.jar 中的類，我們來看下他的加載器。代碼如下：
public static void showBootstrapClassLoader()
{
ClassLoader loader = String.class.getClassLoader();
Logger.info("");
Logger.info("%java.home%下類的ClassLoader:");
Logger.info("class=" + String.class.getCanonicalName());
Logger.info("Loader=" + loader);
}
遺憾的時，結果與前面兩個加載器，大不一樣。
結果如下：
showBootstrapClassLoader |> %java.home%下類的ClassLoader: showBootstrapClassLoader |> class=java.lang.String showBootstrapClassLoader |> Loader=null
1.1.4. 解刨加載器——揭祕ClassLoader抽象基類
ClassLoader類是Java 中的 所有ClassLoader 的基類，在java.lang包中。這是一個抽象類。
ClassLoader類，包含了所有類加載器的三個重要組成部分：
（1）加載成功的Class 對象的緩存；
（2）類的查找路徑
（3）loadClass(String name）
ClassLoader加載器將加載成功的Class 對象，加入一個Vector 動態數組中，避免重複加載。 這個Vector 動態數組，也就是加載成功的classes的緩存。
源碼如下：
// The classes loaded by this class loader. The only purpose of this table // is to keep the classes from being GC'ed until the loader is GC'ed. private final Vector<Class<?>> classes = new Vector<>();
其源碼如下：
// The paths searched for libraries private static String usr_paths[]; private static String sys_paths[];
加載類的方法是：
ClassLoader的loadClass(String name)方法，是類加載器中一個比較重要的方法。其作用是，用於加載一個類。
這個方法，比較理想的流程，大致如下面所示：
（1）首先在緩存中找，是否已經加載。如果找到就返回。
（2）如果找不到，就去查找路徑查找文件。如果找出類的.class字節碼，則去完成加載一個類的五步工作，放入自己的緩存中，然後返回給調用者。
loadClass(String name)方法，充分將前面的 classes 緩存和查找路徑利用起來，將他們串在了一起。
實際上，這僅僅只是一個理想化的結果。
實際的類加載流程，遠遠比以上的假想流程，複雜得多。
直接來看 loadClass 方法的源代碼吧，這樣反而簡單、粗暴、直接。
1.1.5. loadClass 關鍵源代碼分析
loadClass 方法的源代碼如下：
protected Class<?> loadClass(String name， boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { //在加載器的緩存中，按照類名，查找已經加載好的現成類 Class<?> c = findLoadedClass(name); //如果加載成功，就直接返回了 //如果還沒有找到，尷尬了 if (c == null) { .... try { if (parent != null) { //優先讓父加載器去加載，若父加載器不爲空的話 c = parent.loadClass(name， false); } else { //若父加載器爲空，則通過Bootstrap Classloader 加載 c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { .... } if (c == null) { // 如果父加載器、啓動類加載器，都沒有找到 // 才調用findclass，從自己的地盤，類路徑加載 c = findClass(name); .... } } ....... return c; } } }
概況一下，loadClass的大致流程如下：
1. 執行findLoadedClass(String)去緩存檢測這個class是不是已經加載過了。 在加載器的緩存中，按照類名，查找已經加載好的現成類。如果找到，直接返回了。
2. 如果沒有找到，執行parent父加載器的loadClass方法。通過父加載器加載。注意：這裏不是去自己的地盤查找class文件，而是優先通過父加載器加載。這點，非常重要。具體原因，後面會講到。
3. 若父加載器爲空，則通過Bootstrap Classloader 加載。
4. 如果父加載器、啓動類加載器，都沒有找到，才調用findclass，從自己的地盤，自己的類路徑去查找字節碼文件，通過findClass(String)查找。
抽絲剝繭之後，loadClass 方法的源代碼其實也不過如此，比較簡單。
但是，這裏已經有兩個疑問：
（1）一個加載器的parent是誰？
（2）爲什麼優先從parent加載，而不是從自己的地盤加載？
欲知後事如何，請看下回分解。
源碼：
代碼工程: classLoaderDemo.zip
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瘋狂創客圈：如果說Java是一個武林，這裏的聚集一羣武癡， 交流編程體驗心得
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無編程不創客，無案例不學習。 一定記得去跑一跑案例哦
類加載器 全目錄
5. 入門案例：自定義一個文件系統的自定義classLoader