关于Java ClassLoader 的原理详细分析

　　一、什么是ClassLoader？

　　大家都知道，当我们写好一个Java程序之后，不是管是CS还是BS应用，都是由若干个.class文件组织而成的一个完整的Java应用程序，当程序在运行时，即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能，而这些功能都被封装在不同的class文件当中，所以经常要从这个class文件中要调用另外一个class文件中的方法，如果另外一个文件不存在的，则会引发系统异常。而程序在启动的时候，并不会一次性加载程序所要用的所有class文件，而是根据程序的需要，通过Java的类加载机制（ClassLoader）来动态加载某个class文件到内存当中的，从而只有class文件被载入到了内存之后，才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。

　　二、Java默认提供的三个ClassLoader

　　1. Bootstrap ClassLoader：称为启动类加载器，是Java类加载层次中最顶层的类加载器，负责加载JDK中的核心类库，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通过如下程序获得该类加载器从哪些地方加载了相关的jar或class文件：

　　URL［］ urls = sun .misc.Launcher.getBootstrapClassPath（） .getURLs（） ; for （int i = 0; i 《 urls.length; i++） { System .out.println（urls［i］ .toExternalForm（）） ; }

　　以下内容是上述程序从本机JDK环境所获得的结果：

　　file:/ C:/Program%20Files/ Java/jdk1. 6.0_22/jre/lib/resources.jar file:/C:/Program%20Files/ Java/jdk1. 6.0_22/jre/lib/rt.jar file:/ C:/Program%20Files/ Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar file:/ C:/Program%20Files/ Java/jdk1. 6.0_22/jre/lib/jsse.jarfile:/ C:/Program%20Files/ Java/jdk1. 6.0_22/jre/lib/jce.jar file:/ C:/Program%20Files/Java/jdk1. 6.0_22/jre/lib/charsets.jar file:/ C:/Program%20Files/ Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/

　　其实上述结果也是通过查找sun.boot.class.path这个系统属性所得知的。

　　System .out.println（System .getProperty（ “sun.boot.class.path”）） ;

　　打印结果：

　　C： \ProgramFiles \Java\jdk1.6.0_22 \jre\lib\resources.jar;C： \ProgramFiles\Java\jdk1.6.0_22 \jre\lib\rt.jar;C： \ProgramFiles \Java\jdk1.6.0_22 \jre\lib\sunrsasign.jar;C：\ProgramFiles \Java\jdk1.6.0_22 \jre\lib\jsse.jar;C： \ProgramFiles \Java\jdk1.6.0_22\jre\lib\jce.jar;C： \ProgramFiles \Java\jdk1.6.0_22 \jre\lib\charsets.jar;C： \ProgramFiles\Java\jdk1.6.0_22 \jre\classes

　　2.Extension ClassLoader：称为扩展类加载器，负责加载Java的扩展类库，默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。

　　3.App ClassLoader：称为系统类加载器，负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。

　　注意： 除了Java默认提供的三个ClassLoader之外，用户还可以根据需要定义自已的ClassLoader，而这些自定义的ClassLoader都必须继承自java.lang.ClassLoader类，也包括Java提供的另外二个ClassLoader（Extension ClassLoader和App ClassLoader）在内，但是Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader，因为它不是一个普通的Java类，底层由C++编写，已嵌入到了JVM内核当中，当JVM启动后，Bootstrap ClassLoader也随着启动，负责加载完核心类库后，并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器。

　　三、ClassLoader加载类的原理

　　1、原理介绍

　　ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的，每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个包含的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有父类加载器，但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个类时，它会试图亲自搜索某个类之前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，如果没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，如果也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，如果它也没有加载得到的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时，则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实例对象。

　　2、为什么要使用双亲委托这种模型呢？

　　因为这样可以避免重复加载，当父亲已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。考虑到安全因素，我们试想一下，如果不使用这种委托模式，那我们就可以随时使用自定义的String来动态替代java核心api中定义的类型，这样会存在非常大的安全隐患，而双亲委托的方式，就可以避免这种情况，因为String已经在启动时就被引导类加载器（Bootstrcp ClassLoader）加载，所以用户自定义的ClassLoader永远也无法加载一个自己写的String，除非你改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法。

　　3、 但是JVM在搜索类的时候，又是如何判定两个class是相同的呢？

　　JVM在判定两个class是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下，JVM才认为这两个class是相同的。就算两个class是同一份class字节码，如果被两个不同的ClassLoader实例所加载，JVM也会认为它们是两个不同class。比如网络上的一个Java类org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac编译之后生成字节码文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB这两个类加载器并读取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分别定义出了java.lang.Class实例来表示这个类，对于JVM来说，它们是两个不同的实例对象，但它们确实是同一份字节码文件，如果试图将这个Class实例生成具体的对象进行转换时，就会抛运行时异常java.lang.ClassCaseException，提示这是两个不同的类型。现在通过实例来验证上述所描述的是否正确：

　　1）、在web服务器上建一个org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java类

　　packageorg.classloader.simple; /** * Java学习交流QQ群：589809992 我们一起学Java！ */publicclassNetClassLoaderSimple{privateNetClassLoaderSimple instance;publicvoidsetNetClassLoaderSimple（Object obj） { this.instance = （NetClassLoaderSimple）obj; } }

　　org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple类的setNetClassLoaderSimple方法接收一个Object类型参数，并将它强制转换成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple类型。

　　2）、测试两个class是否相同（NetWorkClassLoader.java）

　　packageclassloader; /** * Java学习交流QQ群：589809992 我们一起学Java！ */publicclassNewworkClassLoaderTest{publicstaticvoidmain（String［］ args） { try{ //测试加载网络中的class文件 String rootUrl = “http://localhost:8080/httpweb/classes”; String className = “org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple”; NetworkClassLoader ncl1 = newNetworkClassLoader（rootUrl）; NetworkClassLoader ncl2 =newNetworkClassLoader（rootUrl）; Class《？》 clazz1 = ncl1.loadClass（className）; Class《？》 clazz2 = ncl2.loadClass（className）; Object obj1 = clazz1.newInstance（）; Object obj2 = clazz2.newInstance（）; clazz1.getMethod（ “setNetClassLoaderSimple”， Object.class）.invoke（obj1， obj2）; } catch（Exception e） { e.printStackTrace（）; } } }

　　首先获得网络上一个class文件的二进制名称，然后通过自定义的类加载器NetworkClassLoader创建两个实例，并根据网络地址分别加载这份class，并得到这两个ClassLoader实例加载后生成的Class实例clazz1和clazz2，最后将这两个Class实例分别生成具体的实例对象obj1和obj2，再通过反射调用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。

　　3）、查看测试结果

　　结论：从结果中可以看出，虽然是同一份class字节码文件，但是由于被两个不同的ClassLoader实例所加载，所以JVM认为它们就是两个不同的类。