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。