深入理解Java虚拟机 – 类加载器详解编程语言

类加载器基本概念

顾名思义，类加载器(class loader)用来加载Java类到Java虚拟机中。一般来说，Java虚拟机使用Java类的方式如下：Java源程序(.java文件)在经过Java编译器编译之后就被转换成Java字节代码(.class文件)。类加载器负责读取Java字节代码，并转换成java.lang.Class类的一个实例。每个这样的实例用来表示一个Java类。通过此实例的newInstance()方法就可以创建出该类的一个对象。

基本上所有的类加载器都是 java.lang.ClassLoader类的一个实例。下面详细介绍这个 Java 类。

java.lang.ClassLoader类介绍

java.lang.ClassLoader类的基本职责就是根据一个指定的类的名称，找到或者生成其对应的字节代码，然后从这些字节代码中定义出一个 Java 类，即 java.lang.Class类的一个实例。除此之外，ClassLoader还负责加载 Java 应用所需的资源，如图像文件和配置文件等。

类加载器的树状组织结构

Java 中的类加载器大致可以分成两类，一类是系统提供的，另外一类则是由 Java 应用开发人员编写的。系统提供的类加载器主要有下面三个：

引导类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心库，是用原生代码来实现的，并不继承自 java.lang.ClassLoader。
扩展类加载器（extensions class loader）：它用来加载 Java 的扩展库。Java 虚拟机的实现会提供一个扩展库目录。该类加载器在此目录里面查找并加载 Java 类。
系统类加载器（system class loader）：它根据 Java 应用的类路径（CLASSPATH）来加载 Java 类。一般来说，Java 应用的类都是由它来完成加载的。可以通过 ClassLoader.getSystemClassLoader()来获取它。

除了系统提供的类加载器以外，开发人员可以通过继承 java.lang.ClassLoader类的方式实现自己的类加载器，以满足一些特殊的需求。

除了引导类加载器之外，所有的类加载器都有一个父类加载器，通过getParent()方法可以得到。对于系统提供的类加载器来说，系统类加载器的父类加载器是扩展类加载器，而扩展类加载器的父类加载器是引导类加载器；对于开发人员编写的类加载器来说，其父类加载器是加载此类加载器Java类的类加载器。因为类加载器Java类如同其他的Java类一样，也是要由类加载器来加载的。一般来说，开发人员编写的类加载器的父类加载器是系统类加载器。类加载器通过这种方式组织起来，形成树状结构。树的根节点就是引导类加载器。图 1中给出了一个典型的类加载器树状组织结构示意图，其中的箭头指向的是父类加载器。

加载顺序

看到上面系统提供的三个类加载器，那它们的加载顺序如何呢？

引导类加载器（bootstrap class loader）
扩展类加载器（extensions class loader）
系统类加载器（system class loader）

每个类加载器都有一个父加载器

每个 Java 类都维护着一个指向定义它的类加载器的引用，通过 getClassLoader()方法就可以获取到此引用。如下代码通过递归调用 getParent()方法来输出全部的父类加载器。

public class ClassLoaderTree { 
    public static void main(String[] args) { 
        ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader(); 
 
        while (loader != null) { 
            System.out.println(loader.toString()); 
            loader = loader.getParent(); 
        } 
    } 
}

运行结果如下所示：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@164dbd5 
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@9cb0f4

第一个输出的是 ClassLoaderTree类的类加载器，即系统类加载器。它是 sun.misc.Launcher $AppClassLoader类的实例；第二个输出的是扩展类加载器，是 sun.misc.Launcher$ ExtClassLoader类的实例。需要注意的是这里并没有输出引导类加载器，这是由于有些 JDK 的实现对于父类加载器是引导类加载器的情况，getParent()方法返回 null。

Class.forName

Class.forName是一个静态方法，同样可以用来加载类。该方法有两种形式：Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)和 Class.forName(String className)。第一种形式的参数 name表示的是类的全名；initialize表示是否初始化类；loader表示加载时使用的类加载器。第二种形式则相当于设置了参数 initialize的值为 true，loader的值为当前类的类加载器。Class.forName的一个很常见的用法是在加载数据库驱动的时候。如 Class.forName(“oracle.jdbc.driver.OracleDriver”).newInstance()用来加载 Oracle 数据库的驱动。

双亲委托

Java中ClassLoader的加载采用了双亲委托机制，采用双亲委托机制加载类的时候采用如下的几个步骤

1、当前ClassLoader首先从自己已经加载的类中查询是否此类已经加载，如果已经加载则直接返回原来已经加载的类。
2、当前classLoader的缓存中没有找到被加载的类的时候，委托父类加载器去加载，父类加载器采用同样的策略，首先查看自己的缓存，然后委托父类的父类去加载，一直到bootstrp ClassLoader
3、当所有的父类加载器都没有加载的时候，再由当前的类加载器加载，并将其放入它自己的缓存中，以便下次有加载请求的时候直接返回

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