rainmanyang

關(guān)于Class的是如何加載的一直都很模糊，也沒去怎么管它，昨天在參加網(wǎng)易的筆試時(shí)提到了這個(gè)問題。到網(wǎng)上查了查：

下面這一篇文章是JavaEYE里的：http://www.javaeye.com/topic/83978?page=1

ClassLoader一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)又讓很多人望而卻步的詞，本文將試圖以最淺顯易懂的方式來講解 ClassLoader，希望能對不了解該機(jī)制的朋友起到一點(diǎn)點(diǎn)作用。

要深入了解ClassLoader，首先就要知道ClassLoader是用來干什么的，顧名思義，它就是用來加載Class文件到JVM，以供程序使用的。我們知道，java程序可以動態(tài)加載類定義，而這個(gè)動態(tài)加載的機(jī)制就是通過ClassLoader來實(shí)現(xiàn)的，所以可想而知ClassLoader的重要性如何。

看到這里，可能有的朋友會想到一個(gè)問題，那就是既然ClassLoader是用來加載類到JVM中的，那么ClassLoader又是如何被加載呢？難道它不是java的類？

沒有錯(cuò)，在這里確實(shí)有一個(gè)ClassLoader不是用java語言所編寫的，而是JVM實(shí)現(xiàn)的一部分，這個(gè)ClassLoader就是bootstrap classloader（啟動類加載器），這個(gè)ClassLoader在JVM運(yùn)行的時(shí)候加載java核心的API以滿足java程序最基本的需求，其中就包括用戶定義的ClassLoader，這里所謂的用戶定義是指通過java程序?qū)崿F(xiàn)的ClassLoader，一個(gè)是ExtClassLoader，這個(gè)ClassLoader是用來加載java的擴(kuò)展API的，也就是/lib/ext中的類，一個(gè)是AppClassLoader，這個(gè)ClassLoader是用來加載用戶機(jī)器上CLASSPATH設(shè)置目錄中的Class的，通常在沒有指定ClassLoader的情況下，程序員自定義的類就由該ClassLoader進(jìn)行加載。

當(dāng)運(yùn)行一個(gè)程序的時(shí)候，JVM啟動，運(yùn)行bootstrap classloader，該ClassLoader加載java核心API（ExtClassLoader和AppClassLoader也在此時(shí)被加載），然后調(diào)用ExtClassLoader加載擴(kuò)展API，最后AppClassLoader加載CLASSPATH目錄下定義的Class，這就是一個(gè)程序最基本的加載流程。

上面大概講解了一下ClassLoader的作用以及一個(gè)最基本的加載流程，接下來將講解一下ClassLoader加載的方式，這里就不得不講一下ClassLoader在這里使用了雙親委托模式進(jìn)行類加載。

每一個(gè)自定義ClassLoader都必須繼承ClassLoader這個(gè)抽象類，而每個(gè)ClassLoader都會有一個(gè)parent ClassLoader，我們可以看一下ClassLoader這個(gè)抽象類中有一個(gè)getParent()方法，這個(gè)方法用來返回當(dāng)前ClassLoader的parent，注意，這個(gè)parent不是指的被繼承的類，而是在實(shí)例化該ClassLoader時(shí)指定的一個(gè)ClassLoader，如果這個(gè)parent為null，那么就默認(rèn)該ClassLoader的parent是bootstrap classloader，這個(gè)parent有什么用呢？

我們可以考慮這樣一種情況，假設(shè)我們自定義了一個(gè)ClientDefClassLoader，我們使用這個(gè)自定義的ClassLoader加載java.lang.String，那么這里String是否會被這個(gè)ClassLoader加載呢？事實(shí)上java.lang.String這個(gè)類并不是被這個(gè)ClientDefClassLoader加載，而是由bootstrap classloader進(jìn)行加載，為什么會這樣？實(shí)際上這就是雙親委托模式的原因，因?yàn)樵谌魏我粋€(gè)自定義ClassLoader加載一個(gè)類之前，它都會先委托它的父親ClassLoader進(jìn)行加載，只有當(dāng)父親ClassLoader無法加載成功后，才會由自己加載，在上面這個(gè)例子里，因?yàn)閖ava.lang.String是屬于java核心API的一個(gè)類，所以當(dāng)使用ClientDefClassLoader加載它的時(shí)候，該ClassLoader會先委托它的父親ClassLoader進(jìn)行加載，上面講過，當(dāng)ClassLoader的parent為null時(shí)，ClassLoader的parent就是bootstrap classloader，所以在ClassLoader的最頂層就是bootstrap classloader，因此最終委托到bootstrap classloader的時(shí)候，bootstrap classloader就會返回String的Class。

我們來看一下ClassLoader中的一段源代碼：

從上面一段代碼中，我們可以看出一個(gè)類加載的大概過程與之前我所舉的例子是一樣的，而我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè)自定義類的時(shí)候，只需要實(shí)現(xiàn)findClass方法即可。

為什么要使用這種雙親委托模式呢？

第一個(gè)原因就是因?yàn)檫@樣可以避免重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類的時(shí)候，就沒有必要子ClassLoader再加載一次。

第二個(gè)原因就是考慮到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時(shí)使用自定義的String來動態(tài)替代java核心api中定義類型，這樣會存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因?yàn)镾tring已經(jīng)在啟動時(shí)被加載，所以用戶自定義類是無法加載一個(gè)自定義的ClassLoader。

上面對ClassLoader的加載機(jī)制進(jìn)行了大概的介紹，接下來不得不在此講解一下另外一個(gè)和ClassLoader相關(guān)的類，那就是Class類，每個(gè)被ClassLoader加載的class文件，最終都會以Class類的實(shí)例被程序員引用，我們可以把Class類當(dāng)作是普通類的一個(gè)模板，JVM根據(jù)這個(gè)模板生成對應(yīng)的實(shí)例，最終被程序員所使用。

我們看到在Class類中有個(gè)靜態(tài)方法forName，這個(gè)方法和ClassLoader中的loadClass方法的目的一樣，都是用來加載class的，但是兩者在作用上卻有所區(qū)別。
Class<?> loadClass(String name)
Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
我們看到上面兩個(gè)方法聲明，第二個(gè)方法的第二個(gè)參數(shù)是用于設(shè)置加載類的時(shí)候是否連接該類，true就連接，否則就不連接。

說到連接，不得不在此做一下解釋，在JVM加載類的時(shí)候，需要經(jīng)過三個(gè)步驟，裝載、連接、初始化。裝載就是找到相應(yīng)的class文件，讀入JVM，初始化就不用說了，最主要就說說連接。

連接分三步，第一步是驗(yàn)證class是否符合規(guī)格，第二步是準(zhǔn)備，就是為類變量分配內(nèi)存同時(shí)設(shè)置默認(rèn)初始值，第三步就是解釋，而這步就是可選的，根據(jù)上面loadClass方法的第二個(gè)參數(shù)來判定是否需要解釋，所謂的解釋根據(jù)《深入JVM》這本書的定義就是根據(jù)類中的符號引用查找相應(yīng)的實(shí)體，再把符號引用替換成一個(gè)直接引用的過程。有點(diǎn)深?yuàn)W吧，呵呵，在此就不多做解釋了，想具體了解就翻翻《深入JVM吧》，呵呵，再這樣一步步解釋下去，那就不知道什么時(shí)候才能解釋得完了。

我們再來看看那個(gè)兩個(gè)參數(shù)的loadClass方法，在JAVA API 文檔中，該方法的定義是protected，那也就是說該方法是被保護(hù)的，而用戶真正應(yīng)該使用的方法是一個(gè)參數(shù)的那個(gè)，一個(gè)參數(shù)的loadclass方法實(shí)際上就是調(diào)用了兩個(gè)參數(shù)的方法，而第二個(gè)參數(shù)默認(rèn)為false，因此在這里可以看出通過loadClass加載類實(shí)際上就是加載的時(shí)候并不對該類進(jìn)行解釋，因此也不會初始化該類。而Class類的forName方法則是相反，使用forName加載的時(shí)候就會將Class進(jìn)行解釋和初始化，forName也有另外一個(gè)版本的方法，可以設(shè)置是否初始化以及設(shè)置ClassLoader，在此就不多講了。

不知道上面對這兩種加載方式的解釋是否足夠清楚，就在此舉個(gè)例子吧，例如JDBC DRIVER的加載，我們在加載JDBC驅(qū)動的時(shí)候都是使用的forName而非是ClassLoader的loadClass方法呢？我們知道，JDBC驅(qū)動是通過DriverManager，必須在DriverManager中注冊，如果驅(qū)動類沒有被初始化，則不能注冊到DriverManager中，因此必須使用forName而不能用loadClass。

通過ClassLoader我們可以自定義類加載器，定制自己所需要的加載方式，例如從網(wǎng)絡(luò)加載，從其他格式的文件加載等等都可以，其實(shí)ClassLoader還有很多地方?jīng)]有講到，例如ClassLoader內(nèi)部的一些實(shí)現(xiàn)等等，本來希望能夠講得簡單易懂一點(diǎn)，可是結(jié)果自己看回頭好像感覺并不怎么樣，郁悶，看來自己的文筆還是差太多了，希望能夠給一些有需要的朋友一點(diǎn)幫助吧。

另外一篇是：http://dev.csdn.net/article/68/68103.shtm

靜態(tài)庫、動態(tài)連接庫

程序編制一般需經(jīng)編輯、編譯、連接、加載和運(yùn)行幾個(gè)步驟。在我們的應(yīng)用中，有一些公共代碼是需要反復(fù)使用，就把這些代碼編譯為“庫”文件；在連接步驟中，連接器將從庫文件取得所需的代碼，復(fù)制到生成的可執(zhí)行文件中。這種庫稱為靜態(tài)庫，其特點(diǎn)是可執(zhí)行文件中包含了庫代碼的一份完整拷貝；缺點(diǎn)就是被多次使用就會有多份冗余拷貝。

為了克服這個(gè)缺點(diǎn)可以采用動態(tài)連接庫。這個(gè)時(shí)候連接器僅僅是在可執(zhí)行文件中打上標(biāo)志，說明需要使用哪些動態(tài)連接庫；當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)，加載器根據(jù)這些標(biāo)志把所需的動態(tài)連接庫加載到內(nèi)存。

另外在當(dāng)前的編程環(huán)境中，一般都提供方法讓程序在運(yùn)行的時(shí)候把某個(gè)特定的動態(tài)連接庫加載并運(yùn)行，也可以將其卸載（例如Win32的LoadLibrary()&FreeLibrary()和Posix的dlopen()&dlclose()）。這個(gè)功能被廣泛地用于在程序運(yùn)行時(shí)刻更新某些功能模塊或者是程序外觀。

What is ClassLoader?

與普通程序不同的是，Java程序（class文件）并不是本地的可執(zhí)行程序。當(dāng)運(yùn)行Java程序時(shí)，首先運(yùn)行JVM（Java虛擬機(jī)），然后再把Java class加載到JVM里頭運(yùn)行，負(fù)責(zé)加載Java class的這部分就叫做Class Loader。

JVM本身包含了一個(gè)ClassLoader稱為Bootstrap ClassLoader，和JVM一樣，Bootstrap ClassLoader是用本地代碼實(shí)現(xiàn)的，它負(fù)責(zé)加載核心Java Class（即所有java.*開頭的類）。另外JVM還會提供兩個(gè)ClassLoader，它們都是用Java語言編寫的，由Bootstrap ClassLoader加載；其中Extension ClassLoader負(fù)責(zé)加載擴(kuò)展的Java class（例如所有javax.*開頭的類和存放在JRE的ext目錄下的類），Application ClassLoader負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序自身的類。

When to load the class?

什么時(shí)候JVM會使用ClassLoader加載一個(gè)類呢？當(dāng)你使用java去執(zhí)行一個(gè)類，JVM使用Application ClassLoader加載這個(gè)類；然后如果類A引用了類B，不管是直接引用還是用Class.forName()引用，JVM就會找到加載類A的ClassLoader，并用這個(gè)ClassLoader來加載類B。

Why use your own ClassLoader?

似乎JVM自身的ClassLoader已經(jīng)足夠了，為什么我們還需要?jiǎng)?chuàng)建自己的ClassLoader呢？

因?yàn)镴VM自帶的ClassLoader只是懂得從本地文件系統(tǒng)加載標(biāo)準(zhǔn)的java class文件，如果編寫你自己的ClassLoader，你可以做到：
1）在執(zhí)行非置信代碼之前，自動驗(yàn)證數(shù)字簽名
2）動態(tài)地創(chuàng)建符合用戶特定需要的定制化構(gòu)建類
3）從特定的場所取得java class，例如數(shù)據(jù)庫中
4) 等等

事實(shí)上當(dāng)使用Applet的時(shí)候，就用到了特定的ClassLoader，因?yàn)檫@時(shí)需要從網(wǎng)絡(luò)上加載java class，并且要檢查相關(guān)的安全信息。

目前的應(yīng)用服務(wù)器大都使用了ClassLoader技術(shù)，即使你不需要?jiǎng)?chuàng)建自己的ClassLoader，了解其原理也有助于更好地部署自己的應(yīng)用。

ClassLoader Tree & Delegation Model

當(dāng)你決定創(chuàng)建你自己的ClassLoader時(shí)，需要繼承java.lang.ClassLoader或者它的子類。在實(shí)例化每個(gè)ClassLoader對象時(shí)，需要指定一個(gè)父對象；如果沒有指定的話，系統(tǒng)自動指定ClassLoader.getSystemClassLoader()為父對象。如下圖：

在Java 1.2后，java class的加載采用所謂的委托模式（Delegation Modle），當(dāng)調(diào)用一個(gè)ClassLoader.loadClass()加載一個(gè)類的時(shí)候，將遵循以下的步驟：
1）檢查這個(gè)類是否已經(jīng)被加載進(jìn)來了？
2）如果還沒有加載，調(diào)用父對象加載該類
3）如果父對象無法加載，調(diào)用本對象的findClass()取得這個(gè)類。

所以當(dāng)創(chuàng)建自己的Class Loader時(shí)，只需要重載findClass()這個(gè)方法。

Unloading? Reloading?

當(dāng)一個(gè)java class被加載到JVM之后，它有沒有可能被卸載呢？我們知道Win32有FreeLibrary()函數(shù)，Posix有dlclose()函數(shù)可以被調(diào)用來卸載指定的動態(tài)連接庫，但是Java并沒有提供一個(gè)UnloadClass()的方法來卸載指定的類。

在Java中，java class的卸載僅僅是一種對系統(tǒng)的優(yōu)化，有助于減少應(yīng)用對內(nèi)存的占用。既然是一種優(yōu)化方法，那么就完全是JVM自行決定如何實(shí)現(xiàn)，對Java開發(fā)人員來說是完全透明的。

在什么時(shí)候一個(gè)java class/interface會被卸載呢？Sun公司的原話是這么說的："class or interface may be unloaded if and only if its class loader is unreachable. Classes loaded by the bootstrap loader may not be unloaded."

事實(shí)上我們關(guān)心的不是如何卸載類的，我們關(guān)心的是如何更新已經(jīng)被加載了的類從而更新應(yīng)用的功能。JSP則是一個(gè)非常典型的例子，如果一個(gè)JSP文件被更改了，應(yīng)用服務(wù)器則需要把更改后的JSP重新編譯，然后加載新生成的類來響應(yīng)后繼的請求。

其實(shí)一個(gè)已經(jīng)加載的類是無法被更新的，如果你試圖用同一個(gè)ClassLoader再次加載同一個(gè)類，就會得到異常（java.lang.LinkageError: duplicate class definition），我們只能夠重新創(chuàng)建一個(gè)新的ClassLoader實(shí)例來再次加載新類。至于原來已經(jīng)加載的類，開發(fā)人員不必去管它，因?yàn)樗赡苓€有實(shí)例正在被使用，只要相關(guān)的實(shí)例都被內(nèi)存回收了，那么JVM就會在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候把不會再使用的類卸載。