最近为了学习Java底层，因而学习了ClassLoader；准备下一阶段学习JVM原理

ClassLoader是什么

ClassLoader是Java的类加载机制
ClassLoader用于动态加载class文件到内存中

Java程序写好后，是由若干个class文件组织而成的一个完整的Java应用程序；程序运行时，会调用改程序的一个入口函数来调用系统的相关功能；这些功能被封装在不同的class文件中；程序启动时，不会一次性加载程序所需要的所有class文件，而是根据需要，通过ClassLoader来动态加载某个class文件到内存中；当class文件被载入到内存后，才能被其他class所引用；

Java提供的ClassLoader

Java提供的ClassLoader有三个
**BootStrap ClassLoader（启动类加载器）：**是Java类加载层最顶层的类加载器，由C++编写而成, 已经内嵌到JVM中了；主要用来加载JDK的核心类库，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等；
eg：利用以下代码获得BootStrap ClassLoader加载的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());  
}

1	System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jre1.8.0_121/classes

**Extension ClassLoader(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目录下的所有jar；

**App ClassLoader（扩展系统类加载器）：**负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件

**CustomClassLoader：**自定义ClassLoader（继承java.lang.ClassLoader类/Extension ClassLoader/App ClassLoader）；然而，不能继承Bootstrap ClassLoader，因为Bootstrap ClassLoader由底层C++编写，已迁入JVM内核，当JVM启动后，Bootstrap ClassLoader也随之启动，负责加载核心类库，并后遭Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器；

查看父类加载器

/**
 * 查看父类加载器
 */
private static void test1() {
    ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    System.out.println("系统类装载器:" + appClassLoader);
    ClassLoader extensionClassLoader = appClassLoader.getParent();
    System.out.println("系统类装载器的父类加载器——扩展类加载器:" + extensionClassLoader);
    ClassLoader bootstrapClassLoader = extensionClassLoader.getParent();
    System.out.println("扩展类加载器的父类加载器——引导类加载器:" + bootstrapClassLoader);
}

ExtensionClassLoader的parent为null因为bootstrapClassLoader不是一个普通的Java类

ClassLoader加载类的原理

原理

使用双亲委托模型来搜索类；每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（是一种包含关系）；而虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有福类加载器，但可以用作其他的任务委托给它的福类加载器，这个过程是自上而下一次检查的；

首先有最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader视图加载，若没有加载到；则将任务转交给Extension ClassLoader试图加载，若没有加载到；则转交给App ClassLoader进行加载，若没有加载成功，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；若都没有加载到这个类，则跳出ClassNotFoundException异常；否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存中，最后返回这个类在内存中的实例对象；

为什么使用双亲委托模型

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，若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，除非改变JDK中ClassLoader搜索类的默认算法。

JVM搜索类的时候，如何判定两个class是相同的

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

自定义ClassLoader

三个重要方法

loadClassclassloader加载类的入口，此方法负责加载指定名字的类，ClassLoader的实现方法为先从已经加载的类中寻找，如没有则继续从父ClassLoader中寻找，如仍然没找到，则从BootstrapClassLoader中寻找，最后再调用findClass方法来寻找，如要改变类的加载顺序，则可覆盖此方法，如加载顺序相同，则可通过覆盖findClass来做特殊的处理，例如解密、固定路径寻找等，当通过整个寻找类的过程仍然未获取到Class对象时，则抛出ClassNotFoundException。如类需要resolve，则调用resolveClass进行链接。
findClass此方法直接抛出ClassNotFoundException，因此需要通过覆盖loadClass或此方法来以自定义的方式加载相应的类。
defineClass此方法负责将二进制的字节码转换为Class对象，这个方法对于自定义加载类而言非常重要，如二进制的字节码的格式不符合JVM Class文件的格式，抛出ClassFormatError；如需要生成的类名和二进制字节码中的不同，则抛出NoClassDefFoundError；如需要加载的class是受保护的、采用不同签名的或类名是以java.开头的，则抛出SecurityException；如需加载的class在此ClassLoader中已加载，则抛出LinkageError。

在自定义ClassLoader时，一般只重写findClass而不是loadClass

loadClass源码

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    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;
        }
    }

JDK已经在loadClass方法中帮我们实现了ClassLoader搜索类的判断方法，当在loadClass方法中搜索不到类时，loadClass方法就会调用findClass方法来搜索类，所以我们只需重写该方法即可

自定义ClassLoader

来自：http://blog.csdn.net/tonytfjing/article/details/47212291

1.定义一个Person接口

1
2
3

public interface Person {
    public void say();
}

2.再定一个类实现这个接口

public class HighRichHandsome implements Person {

    @Override
    public void say() {
        System.out.println("I don't care whether you are rich or not");
    }

}

3.编写ClassLoader

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class MyClassLoader extends ClassLoader{
    /* 
     * 覆盖了父类的findClass，实现自定义的classloader
     */
    @Override
    public Class<?> findClass(String name) {
        byte[] bt = loadClassData(name);
        return defineClass(name, bt, 0, bt.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String className) {
        InputStream is = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(
                className.replace(".", "/") + ".class");
        ByteArrayOutputStream byteSt = new ByteArrayOutputStream();
        int len = 0;
        try {
            while ((len = is.read()) != -1) {
                byteSt.write(len);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return byteSt.toByteArray();
    }
}

4.测试类

package classloader;

public class LoaderTest {
	public static void main(String args[]) throws Exception{
		test2();
	}
	
	
	private static void test2() throws Exception{
	    MyClassLoader loader = new MyClassLoader();
	    Class<?> c = loader.loadClass("classloader.HighRichHandsome");
	    System.out.println("Loaded by :" + c.getClassLoader());

	    Person p = (Person) c.newInstance();
	    p.say();

	    HighRichHandsome man = (HighRichHandsome) c.newInstance();
	    man.say();    
	}

	private static void test3() throws Exception{
    MyClassLoader loader = new MyClassLoader();
    Class<?> c = loader.findClass("com.alibaba.classload.HighRichHandsome");
    System.out.println("Loaded by :" + c.getClassLoader());

    Person p = (Person) c.newInstance();
    p.say();

    //注释下面两行则不报错
    HighRichHandsome man = (HighRichHandsome) c.newInstance();
    man.say();    
}
}

测试结果：

Loaded by :sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93
I don’t care whether you are rich or not
I don’t care whether you are rich or not

遇到的一些问题

学习ClassLoader的教程是在网上看的；于是在使用sun.misc.Launcher的时候发现编译器找不到这个类；但是sun.misc这个包是存在于rt.jar的，只是apidoc中没有,那是因为sun开头的包不属于J2SE规范,是Sun公司的内部实现；
故，使用一下方法解决：

右键项目-》属性-》java bulid path-》jre System Library-》access rules-》resolution选择accessible，下面填上** 点击确定

参考资料：http://blog.csdn.net/xyang81/article/details/7292380
http://blog.csdn.net/tonytfjing/article/details/47212291

ClassLoader深入学习记录

ClassLoader是什么

Java提供的ClassLoader

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ClassLoader加载类的原理

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为什么使用双亲委托模型

JVM搜索类的时候，如何判定两个class是相同的

自定义ClassLoader

三个重要方法

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遇到的一些问题

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