类加载过程:加载->连接->初始化。连接过程又可分为三步:验证->准备->解析。
一个非数组类的加载阶段(加载阶段获取类的二进制字节流的动作)是可控性最强的阶段,这一步我们可以去自定义类加载器去控制字节流的获取方式(重写一个类加载器的 loadClass()
方法)。数组类型不通过类加载器创建,它由 Java 虚拟机直接创建。
所有的类都由类加载器加载,加载的作用就是将 .class
文件加载到内存。
JVM 中内置了三个重要的 ClassLoader,除了 BootstrapClassLoader 其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自java.lang.ClassLoader
:
- BootstrapClassLoader(启动类加载器) :最顶层的加载类,由 C++实现,负责加载
%JAVA_HOME%/lib
目录下的 jar 包和类或者被-Xbootclasspath
参数指定的路径中的所有类。 - ExtensionClassLoader(扩展类加载器) :主要负责加载
%JRE_HOME%/lib/ext
目录下的 jar 包和类,或被java.ext.dirs
系统变量所指定的路径下的 jar 包。 - AppClassLoader(应用程序类加载器) :面向我们用户的加载器,负责加载当前应用 classpath 下的所有 jar 包和类。
每一个类都有一个对应它的类加载器。系统中的 ClassLoader 在协同工作的时候会默认使用 双亲委派模型 。即在类加载的时候,系统会首先判断当前类是否被加载过。已经被加载的类会直接返回,否则才会尝试加载。加载的时候,首先会把该请求委派给父类加载器的 loadClass()
处理,因此所有的请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器 BootstrapClassLoader
中。当父类加载器无法处理时,才由自己来处理。当父类加载器为 null 时,会使用启动类加载器 BootstrapClassLoader
作为父类加载器。
每个类加载都有一个父类加载器,我们通过下面的程序来验证。
public class ClassLoaderDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("ClassLodarDemo's ClassLoader is " + ClassLoaderDemo.class.getClassLoader());
System.out.println("The Parent of ClassLodarDemo's ClassLoader is " + ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getParent());
System.out.println("The GrandParent of ClassLodarDemo's ClassLoader is " + ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getParent().getParent());
}
}
Output
ClassLodarDemo's ClassLoader is sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
The Parent of ClassLodarDemo's ClassLoader is sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586
The GrandParent of ClassLodarDemo's ClassLoader is null
AppClassLoader
的父类加载器为ExtClassLoader
,
ExtClassLoader
的父类加载器为 null,null 并不代表ExtClassLoader
没有父类加载器,而是 BootstrapClassLoader
。
其实这个双亲翻译的容易让别人误解,我们一般理解的双亲都是父母,这里的双亲更多地表达的是“父母这一辈”的人而已,并不是说真的有一个 Mother ClassLoader 和一个 Father ClassLoader 。另外,类加载器之间的“父子”关系也不是通过继承来体现的,是由“优先级”来决定。官方 API 文档对这部分的描述如下:
The Java platform uses a delegation model for loading classes. The basic idea is that every class loader has a "parent" class loader. When loading a class, a class loader first "delegates" the search for the class to its parent class loader before attempting to find the class itself.
双亲委派模型的实现代码非常简单,逻辑非常清晰,都集中在 java.lang.ClassLoader
的 loadClass()
中,相关代码如下所示。
private final ClassLoader parent;
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// 首先,检查请求的类是否已经被加载过
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {//父加载器不为空,调用父加载器loadClass()方法处理
c = parent.loadClass(name, false);
} else {//父加载器为空,使用启动类加载器 BootstrapClassLoader 加载
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
//抛出异常说明父类加载器无法完成加载请求
}
if (c == null) {
long t1 = System.nanoTime();
//自己尝试加载
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
双亲委派模型保证了 Java 程序的稳定运行,可以避免类的重复加载(JVM 区分不同类的方式不仅仅根据类名,相同的类文件被不同的类加载器加载产生的是两个不同的类),也保证了 Java 的核心 API 不被篡改。如果没有使用双亲委派模型,而是每个类加载器加载自己的话就会出现一些问题,比如我们编写一个称为 java.lang.Object
类的话,那么程序运行的时候,系统就会出现多个不同的 Object
类。
为了避免双亲委托机制,我们可以自己定义一个类加载器,然后重写 loadClass()
即可。
🐛 修正(参见:issue871 ) :自定义加载器的话,需要继承 ClassLoader
。如果我们不想打破双亲委派模型,就重写 ClassLoader
类中的 findClass()
方法即可,无法被父类加载器加载的类最终会通过这个方法被加载。但是,如果想打破双亲委派模型则需要重写 loadClass()
方法
除了 BootstrapClassLoader
其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自java.lang.ClassLoader
。如果我们要自定义自己的类加载器,很明显需要继承 ClassLoader
。