类装载器ClassLoader简介

1.类装载器的工作机制

类装载器就是寻找类的字节码文件，并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中，类装载器把一个类装入JVM中，需要经过以下步骤：

（1）装载：查找和导入Class文件。

（2）链接：执行校验、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的。

a.校验：检查载入Class文件数据的正确性。

b.准备：给类的静态变量分配存储空间。

c.解析：将符号引用转换成直接引用。

（3）初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作

​ 类装载工作由ClassLoader及其子类负责。ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件，它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生3个ClassLoader：根装载器、ExtClassLoader(扩展类装载器)和APPClassLoader(应用类装载器)。其中根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++语言编写，因而在Java中看不到它，根装载器负责装载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar、charset.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类，其中ExtClassLoader负责装载JRE拓展目录ext中的JAR类包；AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。

​ 这三个类装载器之间存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。在默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类。我们可以做一个实验：

package io.github.estellahuang.crm.controller;

/**
 * @author Huang Yuxin
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args){
       ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        System.out.println("current loader:"+loader);
        System.out.println("parent loader:"+loader.getParent());
        System.out.println("grandparent loader:"+loader.getParent().getParent());
    }
}

​ 运行结果如下：

current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@cc34f4d
grandparent loader:null

根装载器在Java中访问不到，所以返回null；

通过以上输出信息，我们知道这三个装载器之间的继承关系是：

根装载器> ExtClassLoader> AppClassLoader

​ JVM装载类时使用“全盘负责委托机制”，“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类时，除非显示地使用另一ClassLoader，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoader载入；“委托机制”是指先委托父装载器寻找目标类，只有在找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。这一点是从安全角度考虑的，试想，如果有人编写了一个恶意的基础类（如java.lang.String）并装载到JVM中，将会引起多么可怕的后果？但是由于有了“全盘负责委托机制”，java.lang.String永远是由根装载器来装载的，这样就避免了上述安全隐患的发生。

2.ClassLoader的重要方法

在Java中，ClassLoader是一个抽象类，位于java.lang包中。下面对该类的一些重要接口方法进行了介绍。

public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {...}

name参数指定装载器需要装载类的名字，必须使用全限定类名，如io.estrellahuang.readinglist.book。该方法有一个重载方法loadClass(name, boolean resolve)，resolve参数告诉类装载器是否需要解析该类。在初始化类之前，应考虑进行类解析的工作，但并不是所有的类都需要解析。如果JVM只需要知道该类是否存在或找出该类的超类，就不需要进行解析。

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)
        throws ClassFormatError{...}

将类文件的字节数组转换成JVM内部的java.lang.Class对象。字节数组可以从本地文件系统、远程网络获取。参数name为字节数组对应的全限定类名。

protected final Class<?> findSystemClass(String name) throws ClassNotFoundException{...}

从本地文件系统载入Class文件。如果本地文件系统不存在该Class文件，则将抛出ClassNotFoundException异常。该方法是JVM默认使用的装载机制。

protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {...}

调用该方法来查看ClassLoader是否已装入某个类。如果已装入，那么返回java.lang.Class对象；否则返回null。如果强行装载已存在的类，那么将会抛出链接错误。

public final ClassLoader getParent() {...}

获取类装载器的父装载器。除根装载器外，所有的类装载器都有且仅有一个父装载器。ExtClassLoader的父装载器是根装载器，因为根装载器非java语言编写，所以无法获得，将返回null；

除JVM默认的3个ClassLoader外，用户可以编写自己的第三方类装载器，以实现一些特殊的需求。类文件被装载并解析后，在JVM内将拥有一个对应的java.lang.Class类描述对象，该类的实例都拥有只想这个类描述对象的引用，而类描述对象又拥有指向关联ClassLoader的引用。

每个类在JVM中都拥有一个对应的java.lang.Class对象，它提供了类结构信息的描述。数组、枚举、注解及基本Java类型（int、double等），甚至void都拥有对应的Class对象。Class没有public 的构造方法。Class对象是在装载类时由JVM通过调用类装载器中的defineClass()方法自动构造的。