Android（java）学习笔记45：深入分析Java ClassLoader原理

1. 前言：

　Android中的动态加载机制能更好的优化我们的应用，同时实现动态的更新，这就便于我们管理我们的应用，通过插件化来减轻我们的内存以及CPU消耗，在不发布新版本的情况下能更新某些模块。

　当然这里要说的并不是android中的动态加载机制，而是java中的ClassLoader动态加载我们的class，虽然android是基于Dalvik,但是先了解java中JVM怎么来加载我们的class的对于我们以后了解Android中的动态加载机制会有很大的帮助。

   一个完整的Java应用程序，当程序在运行时，即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能，而这些功能都被封装在不同的class文件当中，所以经常要从这个class文件中要调用另外一个class文件中的方法，如果另外一个文件不存在的，则会引发系统异常。而程序在启动的时候，并不会一次性加载程序所要用的所有class文件，而是根据程序的需要，通过Java的类加载机制（ClassLoader）来动态加载某个class文件到内存当中的，从而只有class文件被载入到了内存之后，才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。

 

2. Java ClassLoader的组成

Bootstrap   ClassLoader  根类加载器：

      主要负责加载java中的核心类库。是用C++代码实现的，在java虚拟机启动后初始化

  

Extension  ClassLoader  扩展类加载器：

      负责JRE的扩展目录中jar包的加载。在JDK中JRE的lib目录下ext目录中

 

System ClassLoader 系统类的加载器（也叫：App ClassLoader）：

      负责在JVM启动的时候加载来自Java命令的class文件，以及classpath环境变量所指定的jar包和类路径。

 

注意：我们自己编写的java文件转化为class字节码文件之

后，是App ClassLoader加载的.

 

3. Java ClassLoader的体系结构：

4. ClassLoader类加载器加载类（Class）的步骤： 

（1）检测此Class是否载入过（即在缓存区中是否有此Class），如果有则直接进入（8），否则接着执行（2）

（2）如果父类加载器不存在（如果没有父类加载器，要么parent一定是根加载器，要么本身就是根加载器），则跳到（4）执行；如果父类加载器存在，则接着执行（3）

（3）请求使用父类加载器去载入目标类，如果成功载入则跳到（8），否则接着执行（5）

（4）请求使用根类加载器来载入目标类，如果成功载入则跳到（8），否则跳到（7）

（5）当前类加载器尝试寻找Class文件（从与此ClassLoader相关的类路径中寻找），如果找到则执行（6），如果找不到则跳到   （7）

（6）从文件中载入Class，成功载入后跳到（8）

（7）抛出ClassNotFoundException异常

（8）返回对应的java.lang.Class对象

其中，（5）（6）允许重写ClassLoader的findClass（）方法来实现自己的载入策略，甚至重写loadClass（）来实现自己的载入过程。

 

5. ClassLoader加载类的原理：

（1）原理介绍：

　ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索加载类的，每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个包含的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有父类加载器，但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。

   当一个ClassLoader实例需要加载某个类时，它会试图亲自搜索某个类之前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，如果没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，如果也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，如果它也没有加载得到的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时，则抛出ClassNotFoundException异常。

   否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实例对象。

 

（2）为什么要使用双亲委托这种模型 ?

第1个原因：可以避免重复加载，当父类已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。

第2个原因：考虑安全因素，一些非系统的class是不可靠的，若定义一个恶意的java.io.File类覆盖JDK自带的类会带来不安全性。而使用双亲委托机制的话该File类永远不会被调用，因为委托BootStrapClassLoader加载后会加载JDK中的File类而不会加载自定义的这个。

 

（3）JVM在搜索类的时候，又是如何判定两个class是相同的呢？

   JVM在判定两个class是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。

　只有两者同时满足的情况下，JVM才认为这两个class是相同的。

   就算两个class是同一份class字节码，如果被两个不同的ClassLoader实例所加载，JVM也会认为它们是两个不同class。比如网络上的一个Java类org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac编译之后生成字节码文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB这两个类加载器并读取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分别定义出了java.lang.Class实例来表示这个类，对于JVM来说，它们是两个不同的实例对象，但它们确实是同一份字节码文件，如果试图将这个Class实例生成具体的对象进行转换时，就会抛运行时异常java.lang.ClassCaseException，提示这是两个不同的类型。