Java 类加载机制详解

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<blockquote style="border-width:1px 1px 1px 3px;border-style:solid;border-color:rgb(214,214,214);color:rgb(68,68,68);font-family:'microsoft yahei';">

类加载机制是 Java 语言的一大亮点，使得 Java 类可以被动态加载到 Java 虚拟机中。

这次我们抛开术语和概念，从例子入手，由浅入深地讲解 Java 的类加载机制。

本文涉及知识点：双亲委托机制、ClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader、自定义网络类加载器等

文章涉及代码：

<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">
Java 虚拟机一般使用 Java 类的流程为：首先将开发者编写的 Java 源代码（.java文件）编译成 Java 字节码（.class文件），然后类加载器会读取这个 .class 文件，并转换成 java.lang.Class 的实例。有了该 Class 实例后，Java 虚拟机可以利用 newInstance 之类的方法创建其真正对象了。

<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">
ClassLoader 是 Java 提供的类加载器，绝大多数的类加载器都继承自 ClassLoader，它们被用来加载不同来源的 Class 文件。

<h2 id="Classu6587_u4EF6_u6709_u54EA_u4E9B_u6765_u6E90_u5462_3F" style="color:rgb(34,238);border-bottom-width:1px;border-bottom-style:solid;font-size:18px;font-family:'microsoft yahei';">
Class 文件有哪些来源呢?

方式进行类加载吗？

?加载吗？

?的类文件，内容如下：

 classloader;
<span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;">public <span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;">class <span class="hljs-title" style="color:rgb(68,85,136);font-weight:bold;">MusicPlayer {

<span class="hljs-function"><span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;">public <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;">void <span class="hljs-title" style="color:rgb(153,0);font-weight:bold;">print<span class="hljs-params">() {

System.out.printf(<span class="hljs-string" style="color:rgb(221,17,68);">"Hi I'm MusicPlayer");

}

}

     ClassNotFoundException {
    Class clazz = Class.forName();
    ClassLoader classLoader = clazz.getClassLoader();
    System.out.printf(,classLoader.getClass().getSimpleName());
}

?是由??进行的加载。

   () throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = Class.forName();
        ClassLoader classLoader = clazz.getClassLoader();
        System..printf(,classLoader.getClass().getSimpleName());
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;while</span> (classLoader.getParent() != <span class="hljs-literal" style="color:rgb(0,128,128);"&gt;null</span>) {
        classLoader = classLoader.getParent();
        System.<span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;out</span>.printf(<span class="hljs-string" style="color:rgb(221,68);"&gt;"Parent is %sn"</span>,classLoader.getClass().getSimpleName());
    }
}

mv MusicPlayer.jar $JAVA_HOME/jre/lib/ext/

     ClassNotFoundException {
    ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader(); 
    Class clazz = appClassLoader.loadClass(?去加载，它仍然会被??加载到。

加载机制
的一些特性了，下面来看一下它的实现代码，加深理解。
?里的??方法，便是需要分析的源码了。这个方法里做了下面几件事：







 Class loadClass(String name, resolve)
     ClassNotFoundException
{
     (getClassLoadingLock(name)) {
        
        Class c = findLoadedClass(name);
         (c == ) {
             t0 = System.nanoTime();
             {
                 (parent != ) {
                    
                    c = parent.loadClass(name,);
                }  {
                    
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            }  (ClassNotFoundException e) {
                
                
            }
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;if</span> (c == <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;null</span>) {
            <span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);"&gt;// 如果 parent 均没有加载到目标class，调用自身的 findClass() 方法去搜索</span>
            <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;long</span> t1 = System.nanoTime();
            c = findClass(name);

            <span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);"&gt;// this is the defining class loader; record the stats</span>
            sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
            sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
            sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
        }
    }
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;if</span> (resolve) {
        resolveClass(c);
    }
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;return</span> c;
}
}
<span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);">// BootstrapClassLoader 会调用 native 方法去 JVM 加载

<span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;">private <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;">native Class<?> findBootstrapClass(String name);


<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

看完实现源码相信能够有更完整的理解。


<h2 id="u7C7B_u52A0_u8F7D_u5668_u6700_u9177_u7684_u4E00_u9762_uFF1A_u81EA_u5B9A_u4E49_u7C7B_u52A0_u8F7D_u5668" style="color:rgb(34,238);border-bottom-width:1px;border-bottom-style:solid;font-size:18px;font-family:'microsoft yahei';">

类加载器最酷的一面：自定义类加载器

<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

前面提到了 Java 自带的加载器?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">BootstrapClassLoader、<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">AppClassLoader和<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">ExtClassLoader，这些都是

Java 已经提供好的。


<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

而真正有意思的，是?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">自定义类加载器，它允许我们在<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">运行时可以从<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">本地磁盘或网络上动态加载自定义类。这使得开发者可以动态修复某些有问题的类，热更新代码。


<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

下面来实现一个<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">网络类加载器，这个加载器可以从网络上动态下载 .class 文件并加载到虚拟机中使用。


<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

后面我还会写作与?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">热修复／动态更新?相关的文章，这里先学习 Java 层?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">NetworkClassLoader?相关的原理。


<ol style="list-style:none;color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

<li style="list-style-type:decimal;">

作为一个?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">NetworkClassLoader，它首先要继承?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">ClassLoader；

<li style="list-style-type:decimal;">

然后它要实现<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">ClassLoader内的?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">findClass()?方法。注意，不是<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">loadClass()方法，因为<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">ClassLoader提供了<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">loadClass()（如上面的源码），它会基于<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">双亲委托机制去搜索某个

class，直到搜索不到才会调用自身的<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">findClass()，如果直接复写<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">loadClass()，那还要实现<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">双亲委托机制；

<li style="list-style-type:decimal;">

在?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">findClass()?方法里，要从网络上下载一个 .class 文件，然后转化成 Class 对象供虚拟机使用。




     {
<span class="hljs-meta" style="color:rgb(153,153);font-weight:bold;"&gt;@Override</span>
<span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;protected</span> Class<?> findClass(String name) <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;throws</span> ClassNotFoundException {
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;byte</span>[] classData = downloadClassData(name); <span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);"&gt;// 从远程下载</span>
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;if</span> (classData == <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;null</span>) {
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;super</span>.findClass(name); <span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);"&gt;// 未找到，抛异常</span>
    } <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;else</span> {
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;return</span> defineClass(name,classData,<span class="hljs-number" style="color:rgb(0,128);"&gt;0</span>,classData.length); <span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);"&gt;// convert class byte data to Class<?> object</span>
    }
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;return</span> <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;null</span>;
}

<span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;private</span> <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;byte</span>[] downloadClassData(String name) {
    <span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);"&gt;// 从 localhost 下载 .class 文件</span>
    String path = <span class="hljs-string" style="color:rgb(221,68);"&gt;"http://localhost"</span> + File.separatorChar + <span class="hljs-string" style="color:rgb(221,68);"&gt;"java"</span> + File.separatorChar + name.replace(<span class="hljs-string" style="color:rgb(221,68);"&gt;'.'</span>,File.separatorChar) + <span class="hljs-string" style="color:rgb(221,68);"&gt;".class"</span>; 

    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;try</span> {
        URL url = <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;new</span> URL(path);
        InputStream ins = url.openStream();
        ByteArrayOutputStream baos = <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;new</span> ByteArrayOutputStream();
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;int</span> bufferSize = <span class="hljs-number" style="color:rgb(0,128);"&gt;4096</span>;
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;byte</span>[] buffer = <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;new</span> <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;byte</span>[bufferSize];
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;int</span> bytesNumRead = <span class="hljs-number" style="color:rgb(0,128);"&gt;0</span>;
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;while</span> ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -<span class="hljs-number" style="color:rgb(0,128);"&gt;1</span>) {
            baos.write(buffer,bytesNumRead); <span class="hljs-comment" style="color:rgb(153,136);"&gt;// 把下载的二进制数据存入 ByteArrayOutputStream</span>
        }
        <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;return</span> baos.toByteArray();
    } <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;catch</span> (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;return</span> <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;null</span>;
}

<span class="hljs-function"&gt;<span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;public</span> String <span class="hljs-title" style="color:rgb(153,0);font-weight:bold;"&gt;getName</span><span class="hljs-params"&gt;()</span> </span>{
    System.out.printf(<span class="hljs-string" style="color:rgb(221,68);"&gt;"Real NetworkClassLoadern"</span>);
    <span class="hljs-keyword" style="font-weight:bold;"&gt;return</span> <span class="hljs-string" style="color:rgb(221,68);"&gt;"networkClassLoader"</span>;
}
}


<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

这个类的作用是从网络上（这里是本人的 local apache 服务器?http://localhost/java?上）目录里去下载对应的 .class 文件，并转换成 Class<?> 返回回去使用。


<p style="color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

下面我们来利用这个?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">NetworkClassLoader?去加载 localhost 上的?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">MusicPlayer?类：


<ol style="list-style:none;color:rgb(68,68);font-family:'microsoft yahei';font-size:14px;">

<li style="list-style-type:decimal;">

首先把?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">MusicPlayer.class?放置于?<code style="font-size:12px;font-family:'courier new';color:rgb(119,119);">/Library/WebServer/Documents/java?（MacOS）目录下，由于

MacOS 自带 apache 服务器，这里是服务器的默认目录；

<li style="list-style-type:decimal;">

执行下面一段代码：

 className = ;
NetworkClassLoader networkClassLoader =  NetworkClassLoader();
Class clazz  = networkClassLoader.loadClass(className);

成功。

?可以正常工作，如果读者要用的话，只要稍微修改 url 的拼接方式即可自行使用。

、等，并开发了自定义的。


                        
（编辑：李大同）
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