淺談Java自定義類加載器及JVM自帶的類加載器之間的交互關系

更新時間：2021年02月22日 08:39:33 作者：小蘿莉_Lolita

這篇文章主要介紹了淺談Java自定義類加載器及JVM自帶的類加載器之間的交互關系，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

JVM自帶的類加載器：

其關系如下：

其中，類加載器在加載類的時候是使用了所謂的“父委托”機制。其中，除了根類加載器以外，其他的類加載器都有且只有一個父類加載器。

關于父委托機制的說明：

當生成一個自定義的類加載器實例時，如果沒有指定它的父加載器，那么系統(tǒng)類加載器將成為該類加載器的父類加載器

下面，自定義類加載器。自定義的類加載器必須繼承java.lang.ClassLoader類

import java.io.*;
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
  private String name;  //類加載器的名字
  private String path;  //加載類的路徑
  private final String fileType = ".class"; //class文件的擴展名
  public MyClassLoader(String name){
    super(); //讓系統(tǒng)類加載器成為該類加載器的父 類加載器，該句可省略不寫
    this.name = name;
  }
  public MyClassLoader(ClassLoader parent,String name){
    super(parent); //顯示指定該類加載器的父 類加載器
    this.name = name;
  }
  @Override
  public String toString() {
    return this.name;
  }
  public String getPath() {
    return path;
  }
  public void setPath(String path) {
    this.path = path;
  }
  //實現(xiàn)自定義的類加載器必須重寫findClass方法，否則ClassLoader類中的findClass()方法是拋出了異常
  @Override
  public Class findClass(String name)throws ClassNotFoundException{
    byte[] data = this.loadClassData(name);
    return this.defineClass(name,data,0,data.length);
  }
  private byte[] loadClassData(String name){
    InputStream is = null;
    byte[] data = null;
    ByteArrayOutputStream baos = null;
    try {
      this.name = this.name.replace(".","\\"); //com.dream.it---->com\dream\it
      is = new FileInputStream(new File(path + name + fileType));
      int ch;
      while(-1 != (ch = is.read())){
        baos.write(ch);  //將數(shù)據(jù)寫入到字節(jié)數(shù)組輸出流對象中去
      }
      data = baos.toByteArray();
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }finally {
      try {
        is.close();
        baos.close();
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
    return data;
  }
  public static void main(String[] args) throws Exception {
    MyClassLoader loader1 = new MyClassLoader("loader1");
    loader1.setPath("d:/myapp/serverlib/");
    MyClassLoader loader2 = new MyClassLoader(loader1,"loader2"); //loader1作為loader2的父 類加載器
    loader2.setPath("d:/myapp/clientlib");
    MyClassLoader loader3 = new MyClassLoader(null,"loader3");//父類加載器為null，表明其父類加載器為根類加載器
    loader3.setPath("d:/myapp/otherlib");
    test(loader2);
    test(loader3);
  }
  public static void test(ClassLoader cl) throws Exception {
    Class clazz = cl.loadClass("Sample");
    Object object = clazz.newInstance();
  }
}

附上findClass()方法的JDK說明

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
Finds the class with the specified binary name. 
This method should be overridden by class loader
implementations that follow the delegation model 
for loading classes, and will be invoked by the 
loadClass method after checking the parent class
loader for the requested class. The default 
implementation throws a ClassNotFoundException.

大致說明一下意思：通過指定的name來查找類。該方法應該被類加載器的實現(xiàn)類重寫，從而能夠保證在加載類的時候可以遵循委托機制模型。在loadClass()方法（該方法是由JVM調(diào)用的）中，檢查其父類加載器之后，該方法再被調(diào)用去加載請求的類。默認該方法的實現(xiàn)是拋出了一個ClassNotFoundException異常。

其實，所謂的加載類，無非就是讀取.class文件到內(nèi)存中，所以在findClass()方法中，loadClassData()方法用于讀取.class文件的數(shù)據(jù)，并返回一個字節(jié)數(shù)組。然后利用ClassLoader類的defineClass()方法將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為Class對象。

上述自定義的類加載器loader1，loader2，loader3及JVM自帶的類加載器之間的關系如下：

對于各個類加載器，系統(tǒng)的類加載器是從環(huán)境變量classpath中讀取.class文件實現(xiàn)類的加載；loader1是從目錄d:/myapp/serverlib/下讀取.class文件；loader2是從目錄d:/myapp/clientlib/下讀取.class文件，loader3是從目錄d:/myapp/otherlib/下讀取.class文件

執(zhí)行結(jié)果：

此處我們分析一下出現(xiàn)這種執(zhí)行結(jié)果的原因：

當執(zhí)行l(wèi)oader2.loadClass(“Sample”)時先由它上層的所有父類加載器嘗試加載Sample類。

loader1從D:\myapp\serverliv目錄下成功加載了Sample類，所以loader1是Sample類的定義類加載器，loader1和loader2是Sample類的初始類加載器。

當執(zhí)行l(wèi)oader3.loadClass(“Sample”)時，先由它上層的所有父類加載器嘗試加載Sample類。

loader3的父加載器為根類加載器，它無法加載Sample類，接著loader3從D:\myapp\otherlib目錄下成功加載Sample類，所以loader3是Sample類的定義類加載器及初始類加載器。

在Sample類中主動使用了Dog類（new Dog()），當執(zhí)行Sample類的構(gòu)造方法中的new Dog()語句時，JVM需要先加載Dog類，到底用哪個類加載器家在呢？

從上述的打印結(jié)果中可以看出，加載Sample類的loader1還加載了Dog類，JVM會用Sample類的定義類加載器去加載Dog類，加載過程中也同樣采用了父親委托機制。

為了驗證這一點，可以吧D:\myapp\serverlib目錄下Dog.class文件刪除，然后在D:\myapp\syslib目錄下存放一個Dog.class文件，此時打印結(jié)果如下：

Sample:loader1
Dog:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1b84c92
Sample:loader3
Dog:loader3

由此可見，當由loader1加載的Sample類首次主動使用Dog類時，Dog類由系統(tǒng)類加載器加載，如果把D:\myapp\serverlib和D:\myapp\syslib目錄下的Dog.class文件都刪除，然后在D:\myapp\client目錄下存放一個Dog.class文件。

此時文件結(jié)構(gòu)如下圖所示：

當Loader1加載Sample類首次主動使用Dog類時，由于loader1及其父類加載器都無法加載Dog類，因此test(loader2)會拋出ClassNotFoundExcption.

這又是因為什么原因呢？

這又牽扯到命名空間的問題。

同一個命名空間內(nèi)的類時相互可見的。

子加載器的命名空間包含所有父類加載器的命名空間，因此由子加載器加載的類能看見父類加載器加載的類。例如系統(tǒng)類加載器加載的類能看見根類加載器加載的類。由父加載器加載的類不能看見子加載器加載的類。

如果兩個加載器之間沒有直接或間接的父子關系，那么它們各自加載的類相互不可見。

對于上述問題，loader1可以加載Sample類，而Dog類只能由loader2加載Dog類，loader1是Loader2的父類加載器，父加載器loader1加載的類Sample不能看見子加載器loader2加載的類Dog，所以會拋出異常。

對于上述實例中的main方法，我們不調(diào)用test方法，換成如下代碼

Class clazz = loader1.loadClass("Sample");
Object obj = clazz.newInstance();
Sample sample = (Sample)obj;
System.out.println(sample.v1);

MyClassLoader類由系統(tǒng)類加載器加載，而Sample類由loader1類加載器加載，所以MyClassLoader類看不見Sample類。在MyClassLoader類的main方法中使用Sample類，會導致NoClassFoundError錯誤。

當兩個不同命名空間內(nèi)的類相互不可見時，可采用Java反射機制來訪問對象實例的屬性和方法。

將上述代碼修改：

Class clazz = loader1.loadClass("Sample");
Object obj = clazz.newInstance();
Field field = clazz.getField("v1");
int v1 = field.getInt(obj);
System.out.println(v1);

此時，可以獲取到對象中的v1屬性值。利用反射機制，我們可以跨越這種命名空間的限制。

補充：

命名空間：