當前位置:才華齋>計算機>java語言>

java ClassLoader機制講解

java語言 閱讀(2.55W)

要深入瞭解ClassLoader,首先就要知道ClassLoader是用來幹什麼的,顧名思義,它就是用來載入Class檔案到JVM,以供程式使用的。我們知道,java程式可以動態載入類定義,而這個動態載入的機制就是通過ClassLoader來實現的,所以可想而知ClassLoader的重要性如何。

java ClassLoader機制講解

看到這裡,可能有的朋友會想到一個問題,那就是既然ClassLoader是用來載入類到JVM中的,那麼ClassLoader又是如何被載入呢?難道它不是java的類?

沒有錯,在這裡確實有一個ClassLoader不是用java語言所編寫的,而是JVM實現的一部分,這個ClassLoader就是bootstrap classloader(啟動類載入器),這個ClassLoader在JVM執行的時候載入java核心的API以滿足java程式最基本的需求,其中就包括使用者定義的ClassLoader,這裡所謂的使用者定義是指通過java程式實現的ClassLoader,一個是ExtClassLoader,這個ClassLoader是用來載入java的擴充套件API的,也就是/lib/ext中的類,一個是AppClassLoader,這個ClassLoader是用來載入使用者機器上CLASSPATH設定目錄中的Class的,通常在沒有指定ClassLoader的情況下,程式設計師自定義的類就由該ClassLoader進行載入。

當執行一個程式的時候,JVM啟動,執行bootstrap classloader,該ClassLoader載入java核心API(ExtClassLoader和AppClassLoader也在此時被載入),然後呼叫ExtClassLoader載入擴充套件API,最後AppClassLoader載入CLASSPATH目錄下定義的Class,這就是一個程式最基本的載入流程。

上面大概講解了一下ClassLoader的作用以及一個最基本的載入流程,接下來將講解一下ClassLoader載入的方式,這裡就不得不講一下ClassLoader在這裡使用了雙親委託模式進行類載入。

每一個自定義ClassLoader都必須繼承ClassLoader這個抽象類,而每個ClassLoader都會有一個parent ClassLoader,我們可以看一下ClassLoader這個抽象類中有一個getParent()方法,這個方法用來返回當前ClassLoader的parent,注意,這個parent不是指的被繼承的類,而是在例項化該ClassLoader時指定的一個ClassLoader,如果這個parent為null,那麼就預設該ClassLoader的parent是bootstrap classloader,這個parent有什麼用呢?

我們可以考慮這樣一種情況,假設我們自定義了一個ClientDefClassLoader,我們使用這個自定義的ClassLoader載入ng,那麼這裡String是否會被這個ClassLoader載入呢?事實上ng這個類並不是被這個ClientDefClassLoader載入,而是由bootstrap classloader進行載入,為什麼會這樣?實際上這就是雙親委託模式的原因,因為在任何一個自定義ClassLoader載入一個類之前,它都會先委託它的父親ClassLoader進行載入,只有當父親ClassLoader無法載入成功後,才會由自己載入,在上面這個例子裡,因為ng是屬於java核心API的一個類,所以當使用ClientDefClassLoader載入它的時候,該ClassLoader會先委託它的父親ClassLoader進行載入,上面講過,當ClassLoader的parent為null時,ClassLoader的parent就是bootstrap classloader,所以在ClassLoader的最頂層就是bootstrap classloader,因此最終委託到bootstrap classloader的時候,bootstrap classloader就會返回String的Class。

我們來看一下ClassLoader中的一段原始碼:

protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { // 首先檢查該name指定的class是否有被載入 Class c = findLoadedClass(name); if (c == null) { try { if (parent != null) { //如果parent不為null,則呼叫parent的loadClass進行載入 = Class(name, false); } else { //parent為null,則呼叫BootstrapClassLoader進行載入 c = findBootstrapClass0(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { //如果仍然無法載入成功,則呼叫自身的findClass進行載入 c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; }

從上面一段程式碼中,我們可以看出一個類載入的大概過程與之前我所舉的例子是一樣的,而我們要實現一個自定義類的時候,只需要實現findClass方法即可。

為什麼要使用這種雙親委託模式呢?

第一個原因就是因為這樣可以避免重複載入,當父親已經載入了該類的時候,就沒有必要子ClassLoader再載入一次。

第二個原因就是考慮到安全因素,我們試想一下,如果不使用這種委託模式,那我們就可以隨時使用自定義的String來動態替代java核心api中定義型別,這樣會存在非常大的'安全隱患,而雙親委託的方式,就可以避免這種情況,因為String已經在啟動時被載入,所以使用者自定義類是無法載入一個自定義的ClassLoader。

上面對ClassLoader的載入機制進行了大概的介紹,接下來不得不在此講解一下另外一個和ClassLoader相關的類,那就是Class類,每個被ClassLoader載入的class檔案,最終都會以Class類的例項被程式設計師引用,我們可以把Class類當作是普通類的一個模板,JVM根據這個模板生成對應的例項,最終被程式設計師所使用。

我們看到在Class類中有個靜態方法forName,這個方法和ClassLoader中的loadClass方法的目的一樣,都是用來載入class的,但是兩者在作用上卻有所區別。

Class loadClass(String name)

Class loadClass(String name, boolean resolve)

我們看到上面兩個方法宣告,第二個方法的第二個引數是用於設定載入類的時候是否連線該類,true就連線,否則就不連線。

說到連線,不得不在此做一下解釋,在JVM載入類的時候,需要經過三個步驟,裝載、連線、初始化。裝載就是找到相應的class檔案,讀入JVM,初始化就不用說了,最主要就說說連線。

連線分三步,第一步是驗證class是否符合規格,第二步是準備,就是為類變數分配記憶體同時設定預設初始值,第三步就是解釋,而這步就是可選的,根據上面loadClass方法的第二個引數來判定是否需要解釋,所謂的解釋根據《深入JVM》這本書的定義就是根據類中的符號引用查詢相應的實體,再把符號引用替換成一個直接引用的過程。有點深奧吧,呵呵,在此就不多做解釋了,想具體瞭解就翻翻《深入JVM吧》,呵呵,再這樣一步步解釋下去,那就不知道什麼時候才能解釋得完了。

我們再來看看那個兩個引數的loadClass方法,在JAVA API 文件中,該方法的定義是protected,那也就是說該方法是被保護的,而使用者真正應該使用的方法是一個引數的那個,一個引數的loadclass方法實際上就是呼叫了兩個引數的方法,而第二個引數預設為false,因此在這裡可以看出通過loadClass載入類實際上就是載入的時候並不對該類進行解釋,因此也不會初始化該類。而Class類的forName方法則是相反,使用forName載入的時候就會將Class進行解釋和初始化,forName也有另外一個版本的方法,可以設定是否初始化以及設定ClassLoader,在此就不多講了。

不知道上面對這兩種載入方式的解釋是否足夠清楚,就在此舉個例子吧,例如JDBC DRIVER的載入,我們在載入JDBC驅動的時候都是使用的forName而非是ClassLoader的loadClass方法呢?我們知道,JDBC驅動是通過DriverManager,必須在DriverManager中註冊,如果驅動類沒有被初始化,則不能註冊到DriverManager中,因此必須使用forName而不能用loadClass。

通過ClassLoader我們可以自定義類載入器,定製自己所需要的載入方式,例如從網路載入,從其他格式的檔案載入等等都可以,其實ClassLoader還有很多地方沒有講到,例如ClassLoader內部的一些實現等等,