JAR 文件是什么?
JAR 文件格式以流行的 ZIP 文件格式為基礎(chǔ),用于將許多個(gè)文件聚集為一個(gè)文件。與 ZIP 文件不同的是,JAR 文件不僅用于壓縮和發(fā)布,而且還用于部署和封裝庫、組件和插件程序,并可被像編譯器和 JVM 這樣的工具直接使用。在 JAR 中包含特殊的文件,如 manifests 和部署描述符,用來指示工具如何處理特定的 JAR。
一個(gè) JAR 文件可以用于:
□ 用于發(fā)布和使用類庫
□ 作為應(yīng)用程序和擴(kuò)展的構(gòu)建單元
□ 作為組件、applet 或者插件程序的部署單位
□ 用于打包與組件相關(guān)聯(lián)的輔助資源
JAR 文件格式提供了許多優(yōu)勢(shì)和功能,其中很多是傳統(tǒng)的壓縮格式如 ZIP 或者 TAR 所沒有提供的。它們包括:
☆ 安全性。 可以對(duì) JAR 文件內(nèi)容加上數(shù)字化簽名。這樣,能夠識(shí)別簽名的工具就可以有選擇地為您授予軟件安全特權(quán),這是其他文件做不到的,它還可以檢測(cè)代碼是否被篡改過。
☆ 減少下載時(shí)間。 如果一個(gè) applet 捆綁到一個(gè) JAR 文件中,那么瀏覽器就可以在一個(gè) HTTP 事務(wù)中下載這個(gè) applet 的類文件和相關(guān)的資源,而不是對(duì)每一個(gè)文件打開一個(gè)新連接。
☆ 壓縮。JAR 格式允許您壓縮文件以提高存儲(chǔ)效率。
☆ 傳輸平臺(tái)擴(kuò)展。 Java 擴(kuò)展框架(Java Extensions Framework)提供了向 Java 核心平臺(tái)添加功能的方法,這些擴(kuò)展是用 JAR 文件打包的(Java 3D 和 JavaMail 就是由 Sun 開發(fā)的擴(kuò)展例子)。
☆ 包密封。 存儲(chǔ)在 JAR 文件中的包可以選擇進(jìn)行密封,以增強(qiáng)版本一致性和安全性。密封一個(gè)包意味著包中的所有類都必須在同一 JAR 文件中找到。
☆ 包版本控制。 一個(gè) JAR 文件可以包含有關(guān)它所包含的文件的數(shù)據(jù),如廠商和版本信息。
☆ 可移植性。 處理 JAR 文件的機(jī)制是 Java 平臺(tái)核心 API 的標(biāo)準(zhǔn)部分。
壓縮的和未壓縮的 JAR
jar 工具在默認(rèn)情況下壓縮文件。未壓縮的 JAR 文件一般可以比壓縮過的 JAR 文件更快地裝載,因?yàn)樵谘b載過程中要解壓縮文件,但是未壓縮的文件在網(wǎng)絡(luò)上的下載時(shí)間可能更長。
META-INF 目錄
大多數(shù) JAR 文件包含一個(gè) META-INF 目錄,它用于存儲(chǔ)包和擴(kuò)展的配置數(shù)據(jù),如安全性和版本信息。Java 2 平臺(tái)識(shí)別并解釋 META-INF 目錄中的下述文件和目錄,以便配置應(yīng)用程序、擴(kuò)展和類裝載器:
☆ MANIFEST.MF。 這個(gè) manifest 文件定義了與擴(kuò)展和包相關(guān)的數(shù)據(jù)。
☆ INDEX.LIST。 這個(gè)文件由 jar 工具的新選項(xiàng) -i 生成,它包含在應(yīng)用程序或者擴(kuò)展中定義的包的位置信息。它是 JarIndex 實(shí)現(xiàn)的一部分,并由類裝載器用于加速類裝載過程。
☆ xxx.SF。 這是 JAR 文件的簽名文件。占位符 xxx 標(biāo)識(shí)了簽名者。
☆ xxx.DSA。 與簽名文件相關(guān)聯(lián)的簽名程序塊文件,它存儲(chǔ)了用于簽名 JAR 文件的公共簽名。
jar 工具
為了用 JAR 文件執(zhí)行基本的任務(wù),要使用作為Java Development Kit 的一部分提供的 Java Archive Tool (jar 工具)。用 jar 命令調(diào)用 jar 工具。表 1 顯示了一些常見的應(yīng)用:
表 1. 常見的 jar 工具用法
功能 | 命令 |
用一個(gè)單獨(dú)的文件創(chuàng)建一個(gè) JAR 文件 | jar cf jar-file input-file... |
用一個(gè)目錄創(chuàng)建一個(gè) JAR 文件 | jar cf jar-file dir-name |
創(chuàng)建一個(gè)未壓縮的 JAR 文件 | jar cf0 jar-file dir-name |
更新一個(gè) JAR 文件 | jar uf jar-file input-file... |
查看一個(gè) JAR 文件的內(nèi)容 | jar tf jar-file |
提取一個(gè) JAR 文件的內(nèi)容 | jar xf jar-file |
從一個(gè) JAR 文件中提取特定的文件 | jar xf jar-file archived-file... |
運(yùn)行一個(gè)打包為可執(zhí)行 JAR 文件的應(yīng)用程序 | java -jar app.jar |
可執(zhí)行的 JAR
一個(gè)可執(zhí)行的 jar 文件是一個(gè)自包含的 Java 應(yīng)用程序,它存儲(chǔ)在特別配置的JAR 文件中,可以由 JVM 直接執(zhí)行它而無需事先提取文件或者設(shè)置類路徑。要運(yùn)行存儲(chǔ)在非可執(zhí)行的 JAR 中的應(yīng)用程序,必須將它加入到您的類路徑中,并用名字調(diào)用應(yīng)用程序的主類。但是使用可執(zhí)行的 JAR 文件,我們可以不用提取它或者知道主要入口點(diǎn)就可以運(yùn)行一個(gè)應(yīng)用程序。可執(zhí)行 JAR 有助于方便發(fā)布和執(zhí)行 Java 應(yīng)用程序。
創(chuàng)建可執(zhí)行 JAR
創(chuàng)建一個(gè)可執(zhí)行 JAR 很容易。首先將所有應(yīng)用程序代碼放到一個(gè)目錄中。假設(shè)應(yīng)用程序中的主類是 com.mycompany.myapp.Sample。您要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)包含應(yīng)用程序代碼的 JAR 文件并標(biāo)識(shí)出主類。為此,在某個(gè)位置(不是在應(yīng)用程序目錄中)創(chuàng)建一個(gè)名為 manifest 的文件,并在其中加入以下一行:
Main-Class: com.mycompany.myapp.Sample
然后,像這樣創(chuàng)建 JAR 文件:
jar cmf manifest ExecutableJar.jar application-dir
所要做的就是這些了 -- 現(xiàn)在可以用 java -jar 執(zhí)行這個(gè) JAR 文件 ExecutableJar.jar。
一個(gè)可執(zhí)行的 JAR 必須通過 menifest 文件的頭引用它所需要的所有其他從屬 JAR。如果使用了 -jar 選項(xiàng),那么環(huán)境變量 CLASSPATH 和在命令行中指定的所有類路徑都被 JVM 所忽略。
啟動(dòng)可執(zhí)行 JAR
既然我們已經(jīng)將自己的應(yīng)用程序打包到了一個(gè)名為 ExecutableJar.jar 的可執(zhí)行 JAR 中了,那么我們就可以用下面的命令直接從文件啟動(dòng)這個(gè)應(yīng)用程序:
java -jar ExecutableJar.jar
包密封
密封 JAR 文件中的一個(gè)包意味著在這個(gè)包中定義的所有類都必須在同一個(gè) JAR 文件中找到。這使包的作者可以增強(qiáng)打包類之間的版本一致性。密封還提供了防止代碼篡改的手段。
要密封包,需要在 JAR 的 manifest 文件中為包添加一個(gè) Name 頭,然后加上值為“true”的 Sealed 頭。與可執(zhí)行的 JAR 一樣,可以在創(chuàng)建 JAR 時(shí),通過指定一個(gè)具有適當(dāng)頭元素的 manifest 文件密封一個(gè) JAR,如下所示:
Name: com/samplePackage/
Sealed: true
Name 頭標(biāo)識(shí)出包的相對(duì)路徑名。它以一個(gè)“/”結(jié)束以與文件名區(qū)別。在 Name 頭后面第一個(gè)空行之前的所有頭都作用于在 Name 頭中指定的文件或者包。在上述例子中,因?yàn)?Sealed 頭出現(xiàn)在 Name 頭后并且中間沒有空行,所以 Sealed 頭將被解釋為只應(yīng)用到包 com/samplePackage 上。
如果試圖從密封包所在的 JAR 文件以外的其他地方裝載密封包中的一個(gè)類,那么 JVM 將拋出一個(gè) SecurityException。
擴(kuò)展打包
擴(kuò)展為 Java 平臺(tái)增加了功能,在 JAR 文件格式中已經(jīng)加入了擴(kuò)展機(jī)制。擴(kuò)展機(jī)制使得 JAR 文件可以通過 manifest 文件中的 Class-Path 頭指定所需要的其他 JAR 文件。
假設(shè) extension1.jar 和 extension2.jar 是同一個(gè)目錄中的兩個(gè) JAR 文件,extension1.jar 的 manifest 文件包含以下頭:
Class-Path: extension2.jar
這個(gè)頭表明 extension2.jar 中的類是 extension1.jar 中的類的擴(kuò)展類。extension1.jar 中的類可以調(diào)用 extension2.jar 中的類,并且不要求 extension2.jar 處在類路徑中。
在裝載使用擴(kuò)展機(jī)制的 JAR 時(shí),JVM 會(huì)高效而自動(dòng)地將在Class-Path 頭中引用的 JAR 添加到類路徑中。不過,擴(kuò)展 JAR 路徑被解釋為相對(duì)路徑,所以一般來說,擴(kuò)展 JAR 必須存儲(chǔ)在引用它的 JAR 所在的同一目錄中。
例如,假設(shè)類 ExtensionClient 引用了類 ExtensionDemo,它捆綁在一個(gè)名為 ExtensionClient.jar 的 JAR 文件中,而類 ExtensionDemo 則捆綁在 ExtensionDemo.jar 中。為了使 ExtensionDemo.jar 可以成為擴(kuò)展,必須將 ExtensionDemo.jar 列在 ExtensionClient.jar 的 manifest 的 Class-Path 頭中,如下所示:
Manifest-Version: 1.0
Class-Path: ExtensionDemo.jar
在這個(gè) manifest 中 Class-Path 頭的值是沒有指定路徑的 ExtensionDemo.jar,表明 ExtensionDemo.jar 與 ExtensionClient JAR 文件處在同一目錄中。
JAR 文件中的安全性
JAR 文件可以用 jarsigner 工具或者直接通過 java.security API 簽名。一個(gè)簽名的 JAR 文件與原來的 JAR 文件完全相同,只是更新了它的 manifest,并在 META-INF 目錄中增加了兩個(gè)文件,一個(gè)簽名文件和一個(gè)簽名塊文件。
JAR 文件是用一個(gè)存儲(chǔ)在 Keystore 數(shù)據(jù)庫中的證書簽名的。存儲(chǔ)在 keystore 中的證書有密碼保護(hù),必須向 jarsigner 工具提供這個(gè)密碼才能對(duì) JAR 文件簽名。
Keystore 數(shù)據(jù)庫
JAR 的每一位簽名者都由在 JAR 文件的 META-INF 目錄中的一個(gè)具有 .SF 擴(kuò)展名的簽名文件表示。這個(gè)文件的格式類似于 manifest 文件 -- 一組 RFC-822 頭。如下所示,它的組成包括一個(gè)主要部分,它包括了由簽名者提供的信息、但是不特別針對(duì)任何特定的 JAR 文件項(xiàng),還有一系列的單獨(dú)的項(xiàng),這些項(xiàng)也必須包含在 menifest 文件中。在驗(yàn)證一個(gè)簽名的 JAR 時(shí),將簽名文件的摘要值與對(duì) JAR 文件中的相應(yīng)項(xiàng)計(jì)算的摘要值進(jìn)行比較。
清單 1. 簽名 JAR 中的 Manifest 和 signature 文件
Contents of signature file META-INF/MANIFEST.MF
Manifest-Version: 1.0
Created-By: 1.3.0 (Sun Microsystems Inc.)
Name: Sample.java
SHA1-Digest: 3+DdYW8INICtyG8ZarHlFxX0W6g=
Name: Sample.class
SHA1-Digest: YJ5yQHBZBJ3SsTNcHJFqUkfWEmI=
Contents of signature file META-INF/JAMES.SF
Signature-Version: 1.0
SHA1-Digest-Manifest: HBstZOJBuuTJ6QMIdB90T8sjaOM=
Created-By: 1.3.0 (Sun Microsystems Inc.)
Name: Sample.java
SHA1-Digest: qipMDrkurQcKwnyIlI3Jtrnia8Q=
Name: Sample.class
SHA1-Digest: pT2DYby8QXPcCzv2NwpLxd8p4G4=
數(shù)字簽名
一個(gè)數(shù)字簽名是.SF 簽名文件的已簽名版本。數(shù)字簽名文件是二進(jìn)制文件,并且與 .SF 文件有相同的文件名,但是擴(kuò)展名不同。根據(jù)數(shù)字簽名的類型 -- RSA、DSA 或者 PGP -- 以及用于簽名 JAR 的證書類型而有不同的擴(kuò)展名。
Keystore
要簽名一個(gè) JAR 文件,必須首先有一個(gè)私鑰。私鑰及其相關(guān)的公鑰證書存儲(chǔ)在名為 keystores 的、有密碼保護(hù)的數(shù)據(jù)庫中。JDK 包含創(chuàng)建和修改 keystores 的工具。keystore 中的每一個(gè)密鑰都可以用一個(gè)別名標(biāo)識(shí),它通常是擁有這個(gè)密鑰的簽名者的名字。
所有 keystore 項(xiàng)(密鑰和信任的證書項(xiàng))都是用唯一別名訪問的。別名是在用 keytool -genkey 命令生成密鑰對(duì)(公鑰和私鑰)并在 keystore 中添加項(xiàng)時(shí)指定的。之后的 keytool 命令必須使用同樣的別名引用這一項(xiàng)。
例如,要用別名“james”生成一個(gè)新的公鑰/私鑰對(duì)并將公鑰包裝到自簽名的證書中,要使用下述命令:
keytool -genkey -alias james -keypass jamespass
-validity 80 -keystore jamesKeyStore
-storepass jamesKeyStorePass
這個(gè)命令序列指定了一個(gè)初始密碼“jamespass”,后續(xù)的命令在訪問 keystore “jamesKeyStore”中與別名“james”相關(guān)聯(lián)的私鑰時(shí),就需要這個(gè)密碼。如果 keystore“jamesKeyStore”不存在,則 keytool 會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建它。
jarsigner 工具
jarsigner 工具使用 keystore 生成或者驗(yàn)證 JAR 文件的數(shù)字簽名。
假設(shè)像上述例子那樣創(chuàng)建了 keystore “jamesKeyStore”,并且它包含一個(gè)別名為“james”的密鑰,可以用下面的命令簽名一個(gè) JAR 文件:
jarsigner -keystore jamesKeyStore -storepass jamesKeyStorePass
-keypass jamespass -signedjar SSample.jar Sample.jar james
這個(gè)命令用密碼“jamesKeyStorePass”從名為“jamesKeyStore”的 keystore 中提出別名為“james”、密碼為“jamespass”的密鑰,并對(duì) Sample.jar 文件簽名、創(chuàng)建一個(gè)簽名的 JAR -- SSample.jar。
jarsigner 工具還可以驗(yàn)證一個(gè)簽名的 JAR 文件,這種操作比簽名 JAR 文件要簡單得多,只需執(zhí)行以下命令:
jarsigner -verify SSample.jar
如果簽名的 JAR 文件沒有被篡改過,那么 jarsigner 工具就會(huì)告訴您 JAR 通過驗(yàn)證了。否則,它會(huì)拋出一個(gè) SecurityException, 表明哪些文件沒有通過驗(yàn)證。
還可以用 java.util.jar 和 java.security API 以編程方式簽名 JAR(有關(guān)細(xì)節(jié)參閱參考資料)。也可以使用像 Netscape Object Signing Tool 這樣的工具。
JAR 索引
如果一個(gè)應(yīng)用程序或者 applet 捆綁到多個(gè) JAR 文件中,那么類裝載器就使用一個(gè)簡單的線性搜索算法搜索類路徑中的每一個(gè)元素,這使類裝載器可能要下載并打開許多個(gè) JAR 文件,直到找到所要的類或者資源。如果類裝載器試圖尋找一個(gè)不存在的資源,那么在應(yīng)用程序或者 applet 中的所有 JAR 文件都會(huì)下載。對(duì)于大型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和 applet,這會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)緩慢、響應(yīng)遲緩并浪費(fèi)帶寬。
從 JDK 1.3 以后,JAR 文件格式開始支持索引以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中類的搜索過程,特別是 applet。JarIndex 機(jī)制收集在 applet 或者應(yīng)用程序中定義的所有 JAR 文件的內(nèi)容,并將這些信息存儲(chǔ)到第一個(gè) JAR 文件中的索引文件中。下載了第一個(gè) JAR 文件后,applet 類裝載器將使用收集的內(nèi)容信息高效地裝載 JAR 文件。這個(gè)目錄信息存儲(chǔ)在根 JAR 文件的 META-INF 目錄中的一個(gè)名為 INDEX.LIST 的簡單文本文件中。
創(chuàng)建一個(gè) JarIndex
可以通過在 jar 命令中指定 -i 選項(xiàng)創(chuàng)建一個(gè) JarIndex。假設(shè)我們的目錄結(jié)構(gòu)如下圖所示:
JarIndex
您將使用下述命令為 JarIndex_Main.jar、JarIndex_test.jar 和 JarIndex_test1.jar 創(chuàng)建一個(gè)索引文件:
jar -i JarIndex_Main.jar JarIndex_test.jar SampleDir/JarIndex_test1.jar
INDEX.LIST 文件的格式很簡單,包含每個(gè)已索引的 JAR 文件中包含的包或者類的名字,如清單 2 所示:
清單 2. JarIndex INDEX.LIST 文件示例
JarIndex-Version: 1.0
JarIndex_Main.jar
sp
JarIndex_test.jar
Sample
SampleDir/JarIndex_test1.jar
org
org/apache
org/apache/xerces
org/apache/xerces/framework
org/apache/xerces/framework/xml4j
結(jié)束語
JAR 格式遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了一種壓縮格式,它有許多可以改進(jìn)效率、安全性和組織 Java 應(yīng)用程序的功能。因?yàn)檫@些功能已經(jīng)建立在核心平臺(tái) -- 包括編譯器和類裝載器 -- 中了,所以開發(fā)人員可以利用 JAR 文件格式的能力簡化和改進(jìn)開發(fā)和部署過程。
轉(zhuǎn)自:http://linxh.bokee.com/2946294.html
Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource("")
Test.class.getClassLoader().getResource("")
ClassLoader.getSystemResource("")
Test.class.getResource("")
Test.class.getResource("/")
new File("/").getAbsolutePath()
System.getProperty("user.dir")
關(guān)于Classloader詳見http://www.aygfsteel.com/lengxinCEO/archive/2007/12/07/166055.html
當(dāng)JVM(Java虛擬機(jī))啟動(dòng)時(shí),會(huì)形成由三個(gè)類加載器組成的初始類加載器層次結(jié)構(gòu):
bootstrap classloader
|
extension classloader
|
system classloader
bootstrap classloader -引導(dǎo)(也稱為原始)類加載器,它負(fù)責(zé)加載Java的核心類。在Sun的JVM中,在執(zhí)行java的命令中使用-Xbootclasspath選項(xiàng)或使用 - D選項(xiàng)指定sun.boot.class.path系統(tǒng)屬性值可以指定附加的類。這個(gè)加載器的是非常特殊的,它實(shí)際上不是 java.lang.ClassLoader的子類,而是由JVM自身實(shí)現(xiàn)的。大家可以通過執(zhí)行以下代碼來獲得bootstrap classloader加載了那些核心類庫:
URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}
在我的計(jì)算機(jī)上的結(jié)果為:
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/endorsed/dom.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/endorsed/sax.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/endorsed/xalan-2.3.1.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/endorsed/xercesImpl-2.0.0.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/endorsed/xml-apis.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/endorsed/xsltc.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/rt.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/i18n.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/sunrsasign.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/jsse.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/jce.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/charsets.jar
文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/classes
這時(shí)大家知道了為什么我們不需要在系統(tǒng)屬性CLASSPATH中指定這些類庫了吧,因?yàn)镴VM在啟動(dòng)的時(shí)候就自動(dòng)加載它們了。
extension classloader -擴(kuò)展類加載器,它負(fù)責(zé)加載JRE的擴(kuò)展目錄(JAVA_HOME/jre/lib/ext或者由java.ext.dirs系統(tǒng)屬性指定的)中JAR的類包。這為引入除Java核心類以外的新功能提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制。因?yàn)槟J(rèn)的擴(kuò)展目錄對(duì)所有從同一個(gè)JRE中啟動(dòng)的JVM都是通用的,所以放入這個(gè)目錄的 JAR類包對(duì)所有的JVM和system classloader都是可見的。在這個(gè)實(shí)例上調(diào)用方法getParent()總是返回空值null,因?yàn)橐龑?dǎo)加載器bootstrap classloader不是一個(gè)真正的ClassLoader實(shí)例。所以當(dāng)大家執(zhí)行以下代碼時(shí):
System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
ClassLoader extensionClassloader=ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
System.out.println("the parent of extension classloader : "+extensionClassloader.getParent());
結(jié)果為:
C:\j2sdk1.4.1_01\jre\lib\ext
the parent of extension classloader : null
extension classloader是system classloader的parent,而bootstrap classloader是extension classloader的parent,但它不是一個(gè)實(shí)際的classloader,所以為null。
system classloader -系統(tǒng)(也稱為應(yīng)用)類加載器,它負(fù)責(zé)在JVM被啟動(dòng)時(shí),加載來自在命令java中的-classpath或者java.class.path系統(tǒng)屬性或者 CLASSPATH*作系統(tǒng)屬性所指定的JAR類包和類路徑。總能通過靜態(tài)方法ClassLoader.getSystemClassLoader()找到該類加載器。如果沒有特別指定,則用戶自定義的任何類加載器都將該類加載器作為它的父加載器。執(zhí)行以下代碼即可獲得:
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
輸出結(jié)果則為用戶在系統(tǒng)屬性里面設(shè)置的CLASSPATH。
classloader 加載類用的是全盤負(fù)責(zé)委托機(jī)制。所謂全盤負(fù)責(zé),即是當(dāng)一個(gè)classloader加載一個(gè)Class的時(shí)候,這個(gè)Class所依賴的和引用的所有 Class也由這個(gè)classloader負(fù)責(zé)載入,除非是顯式的使用另外一個(gè)classloader載入;委托機(jī)制則是先讓parent(父)類加載器 (而不是super,它與parent classloader類不是繼承關(guān)系)尋找,只有在parent找不到的時(shí)候才從自己的類路徑中去尋找。此外類加載還采用了cache機(jī)制,也就是如果 cache中保存了這個(gè)Class就直接返回它,如果沒有才從文件中讀取和轉(zhuǎn)換成Class,并存入cache,這就是為什么我們修改了Class但是必須重新啟動(dòng)JVM才能生效的原因。
每個(gè)ClassLoader加載Class的過程是:
1.檢測(cè)此Class是否載入過(即在cache中是否有此Class),如果有到8,如果沒有到2
2.如果parent classloader不存在(沒有parent,那parent一定是bootstrap classloader了),到4
3.請(qǐng)求parent classloader載入,如果成功到8,不成功到5
4.請(qǐng)求jvm從bootstrap classloader中載入,如果成功到8
5.尋找Class文件(從與此classloader相關(guān)的類路徑中尋找)。如果找不到則到7.
6.從文件中載入Class,到8.
7.拋出ClassNotFoundException.
8.返回Class.
其中5.6步我們可以通過覆蓋ClassLoader的findClass方法來實(shí)現(xiàn)自己的載入策略。甚至覆蓋loadClass方法來實(shí)現(xiàn)自己的載入過程。
類加載器的順序是:
先是bootstrap classloader,然后是extension classloader,最后才是system classloader。大家會(huì)發(fā)現(xiàn)加載的Class越是重要的越在靠前面。這樣做的原因是出于安全性的考慮,試想如果system classloader“親自”加載了一個(gè)具有破壞性的“java.lang.System”類的后果吧。這種委托機(jī)制保證了用戶即使具有一個(gè)這樣的類,也把它加入到了類路徑中,但是它永遠(yuǎn)不會(huì)被載入,因?yàn)檫@個(gè)類總是由bootstrap classloader來加載的。大家可以執(zhí)行一下以下的代碼:
System.out.println(System.class.getClassLoader());
將會(huì)看到結(jié)果是null,這就表明java.lang.System是由bootstrap classloader加載的,因?yàn)閎ootstrap classloader不是一個(gè)真正的ClassLoader實(shí)例,而是由JVM實(shí)現(xiàn)的,正如前面已經(jīng)說過的。
下面就讓我們來看看JVM是如何來為我們來建立類加載器的結(jié)構(gòu)的:
sun.misc.Launcher,顧名思義,當(dāng)你執(zhí)行java命令的時(shí)候,JVM會(huì)先使用bootstrap classloader載入并初始化一個(gè)Launcher,執(zhí)行下來代碼:
System.out.println("the Launcher's classloader is "+sun.misc.Launcher.getLauncher().getClass().getClassLoader());
結(jié)果為:
the Launcher's classloader is null (因?yàn)槭怯胋ootstrap classloader加載,所以class loader為null)
Launcher 會(huì)根據(jù)系統(tǒng)和命令設(shè)定初始化好class loader結(jié)構(gòu),JVM就用它來獲得extension classloader和system classloader,并載入所有的需要載入的Class,最后執(zhí)行java命令指定的帶有靜態(tài)的main方法的Class。extension classloader實(shí)際上是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader類的一個(gè)實(shí)例,system classloader實(shí)際上是sun.misc.Launcher$AppClassLoader類的一個(gè)實(shí)例。并且都是 java.net.URLClassLoader的子類。
讓我們來看看Launcher初試化的過程的部分代碼。
Launcher的部分代碼:
public class Launcher {
public Launcher() {
ExtClassLoader extclassloader;
try {
//初始化extension classloader
extclassloader = ExtClassLoader.getExtClassLoader();
} catch(IOException ioexception) {
throw new InternalError("Could not create extension class loader");
}
try {
//初始化system classloader,parent是extension classloader
loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extclassloader);
} catch(IOException ioexception1) {
throw new InternalError("Could not create application class loader");
}
//將system classloader設(shè)置成當(dāng)前線程的context classloader(將在后面加以介紹)
Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);
......
}
public ClassLoader getClassLoader() {
//返回system classloader
return loader;
}
}
extension classloader的部分代碼:
static class Launcher$ExtClassLoader extends URLClassLoader {
public static Launcher$ExtClassLoader getExtClassLoader()
throws IOException
{
File afile[] = getExtDirs();
return (Launcher$ExtClassLoader)AccessController.doPrivileged(new Launcher$1(afile));
}
private static File[] getExtDirs() {
//獲得系統(tǒng)屬性“java.ext.dirs”
String s = System.getProperty("java.ext.dirs");
File afile[];
if(s != null) {
StringTokenizer stringtokenizer = new StringTokenizer(s, File.pathSeparator);
int i = stringtokenizer.countTokens();
afile = new File;
for(int j = 0; j < i; j++)
afile[j] = new File(stringtokenizer.nextToken());
} else {
afile = new File[0];
}
return afile;
}
}
system classloader的部分代碼:
static class Launcher$AppClassLoader extends URLClassLoader
{
public static ClassLoader getAppClassLoader(ClassLoader classloader)
throws IOException
{
//獲得系統(tǒng)屬性“java.class.path”
String s = System.getProperty("java.class.path");
File afile[] = s != null ? Launcher.access$200(s) : new File[0];
return (Launcher$AppClassLoader)AccessController.doPrivileged(new Launcher$2(s, afile, classloader));
}
}
看了源代碼大家就清楚了吧,extension classloader是使用系統(tǒng)屬性“java.ext.dirs”設(shè)置類搜索路徑的,并且沒有parent。system classloader是使用系統(tǒng)屬性“java.class.path”設(shè)置類搜索路徑的,并且有一個(gè)parent classloader。Launcher初始化extension classloader,system classloader,并將system classloader設(shè)置成為context classloader,但是僅僅返回system classloader給JVM。
這里怎么又出來一個(gè)context classloader呢?它有什么用呢?我們?cè)诮⒁粋€(gè)線程Thread的時(shí)候,可以為這個(gè)線程通過setContextClassLoader方法來指定一個(gè)合適的classloader作為這個(gè)線程的context classloader,當(dāng)此線程運(yùn)行的時(shí)候,我們可以通過getContextClassLoader方法來獲得此context classloader,就可以用它來載入我們所需要的Class。默認(rèn)的是system classloader。利用這個(gè)特性,我們可以“打破”classloader委托機(jī)制了,父classloader可以獲得當(dāng)前線程的context classloader,而這個(gè)context classloader可以是它的子classloader或者其他的classloader,那么父classloader就可以從其獲得所需的 Class,這就打破了只能向父classloader請(qǐng)求的限制了。這個(gè)機(jī)制可以滿足當(dāng)我們的classpath是在運(yùn)行時(shí)才確定,并由定制的 classloader加載的時(shí)候,由system classloader(即在jvm classpath中)加載的class可以通過context classloader獲得定制的classloader并加載入特定的class(通常是抽象類和接口,定制的classloader中是其實(shí)現(xiàn)),例如web應(yīng)用中的servlet就是用這種機(jī)制加載的.
好了,現(xiàn)在我們了解了classloader的結(jié)構(gòu)和工作原理,那么我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)載入和更新呢?只要我們能夠動(dòng)態(tài)改變類搜索路徑和清除 classloader的cache中已經(jīng)載入的Class就行了,有兩個(gè)方案,一是我們繼承一個(gè)classloader,覆蓋loadclass方法,動(dòng)態(tài)的尋找Class文件并使用defineClass方法來;另一個(gè)則非常簡單實(shí)用,只要重新使用一個(gè)新的類搜索路徑來new一個(gè) classloader就行了,這樣即更新了類搜索路徑以便來載入新的Class,也重新生成了一個(gè)空白的cache(當(dāng)然,類搜索路徑不一定必須更改)。噢,太好了,我們幾乎不用做什么工作,java.netURLClassLoader正是一個(gè)符合我們要求的classloader!我們可以直接使用或者繼承它就可以了!
這是j2se1.4 API的doc中URLClassLoader的兩個(gè)構(gòu)造器的描述:
URLClassLoader(URL[] urls)
Constructs a new URLClassLoader for the specified URLs using the default delegation parent ClassLoader.
URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent)
Constructs a new URLClassLoader for the given URLs.
其中URL[] urls就是我們要設(shè)置的類搜索路徑,parent就是這個(gè)classloader的parent classloader,默認(rèn)的是system classloader。
好,現(xiàn)在我們能夠動(dòng)態(tài)的載入Class了,這樣我們就可以利用newInstance方法來獲得一個(gè)Object。但我們?nèi)绾螌⒋薕bject造型呢?可以將此Object造型成它本身的Class嗎?
首先讓我們來分析一下java源文件的編譯,運(yùn)行吧!javac命令是調(diào)用“JAVA_HOME/lib/tools.jar”中的“com.sun.tools.javac.Main”的compile方法來編譯:
public static int compile(String as[]);
public static int compile(String as[], PrintWriter printwriter);
返回0表示編譯成功,字符串?dāng)?shù)組as則是我們用javac命令編譯時(shí)的參數(shù),以空格劃分。例如:
javac -classpath c:\foo\bar.jar;. -d c:\ c:\Some.java
則字符串?dāng)?shù)組as為{"-classpath","c:\\foo\\bar.jar;.","-d","c:\\","c:\Some.java"},如果帶有PrintWriter參數(shù),則會(huì)把編譯信息出到這個(gè)指定的printWriter中。默認(rèn)的輸出是 System.err。
其中 Main是由JVM使用Launcher初始化的system classloader載入的,根據(jù)全盤負(fù)責(zé)原則,編譯器在解析這個(gè)java源文件時(shí)所發(fā)現(xiàn)的它所依賴和引用的所有Class也將由system classloader載入,如果system classloader不能載入某個(gè)Class時(shí),編譯器將拋出一個(gè)“cannot resolve symbol”錯(cuò)誤。
所以首先編譯就通不過,也就是編譯器無法編譯一個(gè)引用了不在CLASSPATH中的未知Class的java源文件,而由于拼寫錯(cuò)誤或者沒有把所需類庫放到CLASSPATH中,大家一定經(jīng)常看到這個(gè)“cannot resolve symbol”這個(gè)編譯錯(cuò)誤吧!
其次,就是我們把這個(gè)Class放到編譯路徑中,成功的進(jìn)行了編譯,然后在運(yùn)行的時(shí)候不把它放入到CLASSPATH中而利用我們自己的 classloader來動(dòng)態(tài)載入這個(gè)Class,這時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)“java.lang.NoClassDefFoundError”的違例,為什么呢?
我們?cè)賮矸治鲆幌拢紫日{(diào)用這個(gè)造型語句的可執(zhí)行的Class一定是由JVM使用Launcher初始化的system classloader載入的,根據(jù)全盤負(fù)責(zé)原則,當(dāng)我們進(jìn)行造型的時(shí)候,JVM也會(huì)使用system classloader來嘗試載入這個(gè)Class來對(duì)實(shí)例進(jìn)行造型,自然在system classloader尋找不到這個(gè)Class時(shí)就會(huì)拋出“java.lang.NoClassDefFoundError”的違例。
OK,現(xiàn)在讓我們來總結(jié)一下,java文件的編譯和Class的載入執(zhí)行,都是使用Launcher初始化的system classloader作為類載入器的,我們無法動(dòng)態(tài)的改變system classloader,更無法讓JVM使用我們自己的classloader來替換system classloader,根據(jù)全盤負(fù)責(zé)原則,就限制了編譯和運(yùn)行時(shí),我們無法直接顯式的使用一個(gè)system classloader尋找不到的Class,即我們只能使用Java核心類庫,擴(kuò)展類庫和CLASSPATH中的類庫中的Class。
還不死心!再嘗試一下這種情況,我們把這個(gè)Class也放入到CLASSPATH中,讓system classloader能夠識(shí)別和載入。然后我們通過自己的classloader來從指定的class文件中載入這個(gè)Class(不能夠委托 parent載入,因?yàn)檫@樣會(huì)被system classloader從CLASSPATH中將其載入),然后實(shí)例化一個(gè)Object,并造型成這個(gè)Class,這樣JVM也識(shí)別這個(gè)Class(因?yàn)?system classloader能夠定位和載入這個(gè)Class從CLASSPATH中),載入的也不是CLASSPATH中的這個(gè)Class,而是從 CLASSPATH外動(dòng)態(tài)載入的,這樣總行了吧!十分不幸的是,這時(shí)會(huì)出現(xiàn)“java.lang.ClassCastException”違例。
為什么呢?我們也來分析一下,不錯(cuò),我們雖然從CLASSPATH外使用我們自己的classloader動(dòng)態(tài)載入了這個(gè)Class,但將它的實(shí)例造型的時(shí)候是JVM會(huì)使用system classloader來再次載入這個(gè)Class,并嘗試將使用我們的自己的classloader載入的Class的一個(gè)實(shí)例造型為system classloader載入的這個(gè)Class(另外的一個(gè))。大家發(fā)現(xiàn)什么問題了嗎?也就是我們嘗試將從一個(gè)classloader載入的Class的一個(gè)實(shí)例造型為另外一個(gè)classloader載入的Class,雖然這兩個(gè)Class的名字一樣,甚至是從同一個(gè)class文件中載入。但不幸的是JVM 卻認(rèn)為這個(gè)兩個(gè)Class是不同的,即JVM認(rèn)為不同的classloader載入的相同的名字的Class(即使是從同一個(gè)class文件中載入的)是不同的!這樣做的原因我想大概也是主要出于安全性考慮,這樣就保證所有的核心Java類都是system classloader載入的,我們無法用自己的classloader載入的相同名字的Class的實(shí)例來替換它們的實(shí)例。
看到這里,聰明的讀者一定想到了該如何動(dòng)態(tài)載入我們的Class,實(shí)例化,造型并調(diào)用了吧!
那就是利用面向?qū)ο蟮幕咎匦灾坏亩嘈涡浴N覀儼盐覀儎?dòng)態(tài)載入的Class的實(shí)例造型成它的一個(gè)system classloader所能識(shí)別的父類就行了!這是為什么呢?我們還是要再來分析一次。當(dāng)我們用我們自己的classloader來動(dòng)態(tài)載入這我們只要把這個(gè)Class的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)它有一個(gè)父類Class,在載入它之前JVM先會(huì)載入這個(gè)父類Class,這個(gè)父類Class是system classloader所能識(shí)別的,根據(jù)委托機(jī)制,它將由system classloader載入,然后我們的classloader再載入這個(gè)Class,創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例,造型為這個(gè)父類Class,注意了,造型成這個(gè)父類 Class的時(shí)候(也就是上溯)是面向?qū)ο蟮膉ava語言所允許的并且JVM也支持的,JVM就使用system classloader再次載入這個(gè)父類Class,然后將此實(shí)例造型為這個(gè)父類Class。大家可以從這個(gè)過程發(fā)現(xiàn)這個(gè)父類Class都是由 system classloader載入的,也就是同一個(gè)class loader載入的同一個(gè)Class,所以造型的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)任何異常。而根據(jù)多形性,調(diào)用這個(gè)父類的方法時(shí),真正執(zhí)行的是這個(gè)Class(非父類 Class)的覆蓋了父類方法的方法。這些方法中也可以引用system classloader不能識(shí)別的Class,因?yàn)楦鶕?jù)全盤負(fù)責(zé)原則,只要載入這個(gè)Class的classloader即我們自己定義的 classloader能夠定位和載入這些Class就行了。
這樣我們就可以事先定義好一組接口或者基類并放入CLASSPATH中,然后在執(zhí)行的時(shí)候動(dòng)態(tài)的載入實(shí)現(xiàn)或者繼承了這些接口或基類的子類。還不明白嗎?讓我們來想一想Servlet吧,web application server能夠載入任何繼承了Servlet的Class并正確的執(zhí)行它們,不管它實(shí)際的Class是什么,就是都把它們實(shí)例化成為一個(gè)Servlet Class,然后執(zhí)行Servlet的init,doPost,doGet和destroy等方法的,而不管這個(gè)Servlet是從web- inf/lib和web-inf/classes下由system classloader的子classloader(即定制的classloader)動(dòng)態(tài)載入。說了這么多希望大家都明白了。在applet,ejb等容器中,都是采用了這種機(jī)制.
對(duì)于以上各種情況,希望大家實(shí)際編寫一些example來實(shí)驗(yàn)一下。
最后我再說點(diǎn)別的, classloader雖然稱為類加載器,但并不意味著只能用來加載Class,我們還可以利用它也獲得圖片,音頻文件等資源的URL,當(dāng)然,這些資源必須在CLASSPATH中的jar類庫中或目錄下。我們來看API的doc中關(guān)于ClassLoader的兩個(gè)尋找資源和Class的方法描述吧:
public URL getResource(String name)
用指定的名字來查找資源,一個(gè)資源是一些能夠被class代碼訪問的在某種程度上依賴于代碼位置的數(shù)據(jù)(圖片,音頻,文本等等)。
一個(gè)資源的名字是以'/'號(hào)分隔確定資源的路徑名的。
這個(gè)方法將先請(qǐng)求parent classloader搜索資源,如果沒有parent,則會(huì)在內(nèi)置在虛擬機(jī)中的classloader(即bootstrap classloader)的路徑中搜索。如果失敗,這個(gè)方法將調(diào)用findResource(String)來尋找資源。
public static URL getSystemResource(String name)
從用來載入類的搜索路徑中查找一個(gè)指定名字的資源。這個(gè)方法使用system class loader來定位資源。即相當(dāng)于ClassLoader.getSystemClassLoader().getResource(name)。
例如:
System.out.println(ClassLoader.getSystemResource("java/lang/String.class"));
的結(jié)果為:
jar:文件:/C:/j2sdk1.4.1_01/jre/lib/rt.jar!/java/lang/String.class
表明String.class文件在rt.jar的java/lang目錄中。
因此我們可以將圖片等資源隨同Class一同打包到j(luò)ar類庫中(當(dāng)然,也可單獨(dú)打包這些資源)并添加它們到class loader的搜索路徑中,我們就可以無需關(guān)心這些資源的具體位置,讓class loader來幫我們尋找了!
一直做jdk1.5的項(xiàng)目,突遇一個(gè)老項(xiàng)目jdk1.4的,導(dǎo)致tomcat啟動(dòng)報(bào)java.lang.reflect.InvocationTargetException
解決:eclipse中
Windows-->Preferences在彈出的窗口中選擇
java-->compiler在右上方把Compile compliance level改成1.4