如何理解Java常見知識點中的class loader

本篇文章給大家分享的是有關(guān)如何理解Java常見知識點中的class loader，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學(xué)習(xí)，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

一. 什么是classLoader

當(dāng)我們寫好一個Java程序之后，都是由若干個.class文件組織而成的一個完整的Java應(yīng)用程序，當(dāng)程序在運行時，即會調(diào)用該程序的一個入口函數(shù)來調(diào)用系統(tǒng)的相關(guān)功能，而這些功能都被封裝在不同的class文件當(dāng)中，所以經(jīng)常要從這個class文件中要調(diào)用另外一個class文件中的方法，如果另外一個文件不存在的，則會引發(fā)系統(tǒng)異常。而程序在啟動的時候，并不會一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據(jù)程序的需要，通過Java的類加載機(jī)制（ClassLoader）來動態(tài)加載某個class文件到內(nèi)存當(dāng)中的，從而只有class文件被載入到了內(nèi)存之后，才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用來動態(tài)加載class文件到內(nèi)存當(dāng)中用的。

二. Java中默認(rèn)提供的三個ClassLoader

• BootStrap ClassLoader：稱為啟動類加載器，是Java類加載層次中最頂層的類加載器，負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等

• Extension ClassLoader：稱為擴(kuò)展類加載器，負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類庫，默認(rèn)加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。

• App ClassLoader：稱為系統(tǒng)類加載器，負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序classpath目錄下的所有jar和class文件。

除了Java默認(rèn)提供的三個ClassLoader之外，用戶還可以根據(jù)需要定義自已的ClassLoader，而這些自定義的ClassLoader都必須繼承自java.lang.ClassLoader類，也包括Java提供的另外二個ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在內(nèi)，但是Bootstrap ClassLoader不繼承自ClassLoader，因為它不是一個普通的Java類，底層由C++編寫，已嵌入到了JVM內(nèi)核當(dāng)中，當(dāng)JVM啟動后，Bootstrap ClassLoader也隨著啟動，負(fù)責(zé)加載完核心類庫后，并構(gòu)造Extension ClassLoader和App ClassLoader類加載器。

三. ClassLoader原理

ClassLoader使用的是雙親委托模型來搜索類的，每個ClassLoader實例都有一個父類加載器的引用（不是繼承的關(guān)系，是一個包含的關(guān)系），虛擬機(jī)內(nèi)置的類加載器（Bootstrap ClassLoader）本身沒有父類加載器，但可以用作其它ClassLoader實例的的父類加載器。當(dāng)一個ClassLoader實例需要加載某個類時，它會試圖親自搜索某個類之前，先把這個任務(wù)委托給它的父類加載器，這個過程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載，如果沒加載到，則把任務(wù)轉(zhuǎn)交給Extension ClassLoader試圖加載，如果也沒加載到，則轉(zhuǎn)交給App ClassLoader 進(jìn)行加載，如果它也沒有加載得到的話，則返回給委托的發(fā)起者，由它到指定的文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)等URL中加載該類。如果它們都沒有加載到這個類時，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個找到的類生成一個類的定義，并將它加載到內(nèi)存當(dāng)中，最后返回這個類在內(nèi)存中的Class實例對象。

為什么要使用雙親委托模型？

因為這樣可以避免重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類的時候，就沒有必要子ClassLoader再加載一次?？紤]到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時使用自定義的String來動態(tài)替代java核心api中定義的類型，這樣會存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因為String已經(jīng)在啟動時就被引導(dǎo)類加載器（Bootstrcp ClassLoader）加載，所以用戶自定義的ClassLoader永遠(yuǎn)也無法加載一個自己寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認(rèn)算法。

JVM在搜索類的時候，又是如何判定兩個class是相同的呢？

JVM在判定兩個class是否相同時，不僅要判斷兩個類名是否相同，而且要判斷是否由同一個類加載器實例加載的。只有兩者同時滿足的情況下，JVM才認(rèn)為這兩個class是相同的。就算兩個class是同一份class字節(jié)碼，如果被兩個不同的ClassLoader實例所加載，JVM也會認(rèn)為它們是兩個不同class。比如網(wǎng)絡(luò)上的一個Java類org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之后生成字節(jié)碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個類加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分別定義出了java.lang.Class實例來表示這個類，對于JVM來說，它們是兩個不同的實例對象，但它們確實是同一份字節(jié)碼文件，如果試圖將這個Class實例生成具體的對象進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，就會拋運行時異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個不同的類型。

四. 定義自己的classLoader

既然JVM已經(jīng)提供了默認(rèn)的類加載器，為什么還要定義自已的類加載器呢？

因為Java中提供的默認(rèn)ClassLoader，只加載指定目錄下的jar和class，如果我們想加載其它位置的類或jar時，比如：我要加載網(wǎng)絡(luò)上的一個class文件，通過動態(tài)加載到內(nèi)存之后，要調(diào)用這個類中的方法實現(xiàn)我的業(yè)務(wù)邏輯。在這樣的情況下，默認(rèn)的ClassLoader就不能滿足我們的需求了，所以需要定義自己的ClassLoader。

定義自已的類加載器分為兩步：

• 繼承java.lang.ClassLoader

• 重寫父類的findClass方法

讀者可能在這里有疑問，父類有那么多方法，為什么偏偏只重寫findClass方法？

因為JDK已經(jīng)在loadClass方法中幫我們實現(xiàn)了ClassLoader搜索類的算法，當(dāng)在loadClass方法中搜索不到類時，loadClass方法就會調(diào)用findClass方法來搜索類，所以我們只需重寫該方法即可。如沒有特殊的要求，一般不建議重寫loadClass搜索類的算法。

五. Java類加載的步驟

Java虛擬機(jī)通過裝載、連接和初始化一個類型，使該類型可以被正在運行的Java程序使用。

• 裝載：把二進(jìn)制形式的Java類型讀入Java虛擬機(jī)中。

• 連接：把裝載的二進(jìn)制形式的類型數(shù)據(jù)合并到虛擬機(jī)的運行時狀態(tài)中去。 1. 驗證：確保Java類型數(shù)據(jù)格式正確并且適合于Java虛擬機(jī)使用。 2. 準(zhǔn)備：負(fù)責(zé)為該類型分配它所需內(nèi)存。 3. 解析：把常量池中的符號引用轉(zhuǎn)換為直接引用。(可推遲到運行中的程序真正使用某個符號引用時再解析)

• 初始化：為類中的靜態(tài)變量變量賦適當(dāng)?shù)某跏贾?，?zhí)行靜態(tài)代碼塊

所有Java虛擬機(jī)實現(xiàn)必須在每個類或接口首次主動使用時初始化。以下六種情況符合主動使用的要求：

• 當(dāng)創(chuàng)建某個類的新實例時(new、反射、克隆、序列化)

• 調(diào)用某個類的靜態(tài)方法

• 使用某個類或接口的靜態(tài)字段，或?qū)υ撟侄钨x值(用final修飾的靜態(tài)字段除外，它被初始化為一個編譯時常量表達(dá)式)

• 當(dāng)調(diào)用Java API的某些反射方法時。

• 初始化某個類的子類時。

• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動時被標(biāo)明為啟動類的類。

除以上六種情況，所有其他使用Java類型的方式都是被動的，它們不會導(dǎo)致Java類型的初始化。

對于接口來說，只有在某個接口聲明的非常量字段被使用時，該接口才會初始化，而不會因為事先這個接口的子接口或類要初始化而被初始化。

父類需要在子類初始化之前被初始化，所以這些類應(yīng)該被裝載了。當(dāng)實現(xiàn)了接口的類被初始化的時候，不需要初始化父接口。然而，當(dāng)實現(xiàn)了父接口的子類(或者是擴(kuò)展了父接口的子接口)被裝載時，父接口也要被裝載。(只是被裝載，沒有初始化)

以上就是如何理解Java常見知識點中的class loader，小編相信有部分知識點可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿姷交蛴玫降?。希望你能通過這篇文章學(xué)到更多知識。更多詳情敬請關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。