虚拟机设计团队有意把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述该类的二进制字节流”这个动作放到java虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定获取所需的类。实现这个动作的代码被称为“类加载器(Class Loader)”。
类与类加载器
类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但它在java程序中起到的作用却远超类加载阶段。对于任意一个类,都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在java虚拟机中的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达得更通俗一些:比较两个类是否“相等”,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义。否则,即使这两个类来源于同一个Class文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那这两个类就必不相等。
这里所指的“相等”,包括代表类的Class对象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回结果,也包括了使用instanceof关键字做对象所属关系判定等各种情况。
public class ClassLoaderTest {public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {@Overridepublic Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {try {String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);if (is == null) {return super.loadClass(name);}byte[] b = new byte[is.available()];is.read(b);return defineClass(name, b, 0, b.length);} catch (IOException e) {throw new ClassNotFoundException(name);}}};Object obj = myLoader.loadClass("com.example.xuniji.ClassLoaderTest").newInstance();System.out.println(obj.getClass());System.out.println(obj instanceof com.example.xuniji.ClassLoaderTest);}}output:class com.example.xuniji.ClassLoaderTestfalse
从两行输出结果中,从第一行可以看到这个对象确实是类com.example.xuniji.ClassLoaderTest实例化出来的,但在第二行输出中却返回了false。
这是因为在java虚拟机中同时存在了两个ClassLoaderTest类,一个是由虚拟机应用程序类加载器所加载的,另外一个是由我们自定义的类加载器加载的,虽然它们都来自同一个Class文件,但在java虚拟机中仍然是两个相互独立的类,做对象类型检查时的结果仍然为false。
双亲委派模型
站在java虚拟机的角度来看,只存在两种不同的类加载器:
一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分;另外一种就是其他所有的类加载器,这些类加载器都由java语言实现,独立存在于虚拟机外部,并且全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
针对JDK8,绝大多数java程序都会使用到以下3个系统提供的类加载器来进行加载。
启动类加载器(Bootstrap Class Loader):负责加载存放在<JAVA_HOME>\lib目录,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中存放的,而且是java虚拟机能够识别到的类库加载到虚拟机的内存中。启动类加载器无法被java程序直接引用,用户在编写自定义类加载器时,如果需要把加载请求委派给启动类加载器去处理,那直接使用null代替即可。扩展类加载器(Extension Class Loader):这个类加载器是在类sun.misc.Launcher$ExtClassLoader中以java代码的形式实现的。它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库。该扩展器是由java代码实现的,开发者可以直接在程序中使用扩展类加载器来加载Class文件。应用程序类加载器(Application Class Loader):这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于应用程序类加载器是ClassLoader类中getSystemClassLoader()方法的返回值,所以有些场合中也称它为“系统类加载器”。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所有的类库,开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
上图所示的各种类加载器之间的层次关系被称为类加载器的“双亲委派模型(Parents Delegation Model)”。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应有自己的父类加载器。这里的父子关系通常是使用组合关系来复用父加载器的代码。
双亲委派模型的工作过程:
如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中,只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去完成加载。
使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系,一个显而易见的好处就是java中的类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object,它存放在rt.jar中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都能够保证是同一个类。
双亲委派模型对于保证java程序的稳定运行极为重要,但它的实现却异常简单,只有十几行代码,全部集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中:
protected Class<?> loadClass(String var1, boolean var2) throws ClassNotFoundException {synchronized(this.getClassLoadingLock(var1)) {//首先,检查请求的类是否已经被加载过了Class var4 = this.findLoadedClass(var1);if (var4 == null) {long var5 = System.nanoTime();try {if (this.parent != null) {//调用父类类加载器var4 = this.parent.loadClass(var1, false);} else {//父加载器为空默认使用启动类加载器作为父加载器var4 = this.findBootstrapClassOrNull(var1);}} catch (ClassNotFoundException var10) {//如果父类加载器抛出异常ClassNotFoundException//说明父类加载器无法完成加载请求;}if (var4 == null) {long var7 = System.nanoTime();//父类无法完成,调用本身的findClass方法来进行加载var4 = this.findClass(var1);PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(var7 - var5);PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(var7);PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (var2) {this.resolveClass(var4);}return var4;}}