java 类加载器 双亲委派 根加载器、扩展类加载器、系统类加载器

前言

以下所述，基于java8所写；类加载器通过完全限定名（比如，com.mypak.module1.MyClass）来加载类，它使类可以动态加载类到jvm中，java并未规定类的位置，可以来自本地文件系统，也可以来自网络。

加载器分类

类加载器分为根加载器（bootstrap classloader）、扩展类加载器（ext classloader）、系统类加载器（system classloader）、自定义类加载器（通常继承java.net.URLClassLoader,重写findClass()），它们的关系通常如下。

从图中可以看出，每个类加载器都有一个父加载器（加载器有引用指向父加载器，而不是继承），在加载类时，首先check本身是否已加载，如果已加载，则返回，如果未加载，如果有父加载器则交给父加载器，如果没有父加载器则使用根加载器，如果仍没找到，则本加载器加载类，每一级加载器都执行相同的操作，这种机制称为委托机制，英语是parents delegation model，翻译过来是双亲委派机制（其实有点词不达意）。

• 由于双亲委派机制，加载java.lang.String 时会一直往上委派，直到根加载器，而根加载器只会加载java_home/jre/lib/rt.jar中的java.lang.String,从而确保自定义的java.lang.String不会加载到jvm中，而不会让jvm错乱。
• 类加载器+类的完全限定名，组成了在jvm中的唯一标识，如果类加载器不一样，即使类限定名相同，也不相等。

类加载器用抽象类java.lang.ClassLoader表示，通过loadClass源码可以看出，它是按照双亲加载的机制来执行的。

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); //首先，check自身加载器是否已加载目标类
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);//有父加载器，则委托给父加载器
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name); //没有父加载器，则委托给根加载器
                    }
                } 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); //调用findClass()方法

                    // 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;
        }
    }

根加载器

根加载器主要是用来加载java_home/jre/lib下的jar包，比如rt.jar（含有全部java api的类），根加载器用C/C++实现，用null表示，在java代码中无法获取到根加载器。

rt.jar如下

扩展类加载器

用来加载System.getproperty("java.ext.dirs")也就是java_home/jre/lib/ext`下的jar包，扩展类加载器的父加载器是根加载器。

系统类加载器

用来加载System.getproperty("java.class.path")也就是我们常说的classpath下的类，此路径下都是应用程序的类，所以也可称为应用程序类加载器，它的父加载器是扩展类加载器，classLoader.getSystemClassLoader()返回的就是系统类加载器

自定义类加载器

在程序运行时，如需自定义类加载器，通常继承java.net.URLClassLoader，重写findClass方法，这样符合双亲委派机制。

实例

系统类加载器–>扩展类加载器–>根加载器

public class MyClassLoader {
    public static void main(String[] args) {
        // 系统类加载器（应用类加载器）
        System.out.println(MyClassLoader.class.getClassLoader());

         //扩展类加载器
        System.out.println(MyClassLoader.class.getClassLoader().getParent());
        //系统类加载器
        System.out.println(MyClassLoader.class.getClassLoader().getParent().getSystemClassLoader());
        
		//根加载器
        System.out.println(MyClassLoader.class.getClassLoader().getParent().getParent());

		//扩展类加载器，java_home/jre/lib/ext/dnsns.jar
        System.out.println(DNSNameService.class.getClassLoader());

		//根加载器
        System.out.println(String.class.getClassLoader());
    }
}

输出

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1b6d3586
null

查看源码得知，ExtClassLoader加载System.getProperty("java.ext.dirs")路径下的类，在我的电脑上是D:\jdk1.8.0_211\jre\lib\ext;

static class ExtClassLoader
    extends URLClassLoader
  {
	 private static File[] getExtDirs()
	    {
	      String str = System.getProperty("java.ext.dirs");
	     //省略
	    }
    }

AppClassLoader源码得知，它加载System.getProperty("java.class.path")下的类，在我的系统上是D:\jdk1.8.0_211\jre\lib\ext;、D:\jdk1.8.0_211\jre\lib\;还有应用的类，可以看到它包含了ExtClassLoader的加载路径。

static class AppClassLoader
    extends URLClassLoader
  {
	 public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader paramClassLoader)
	      throws IOException
	    {
	      String str = System.getProperty("java.class.path");
	 		//省略
	    }
}

类加载器+类全限定名在jvm中是类的唯一标识

public class MyClassLoader extends ClassLoader{
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".")+1) + ".class";
        InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
        assert is != null;
        byte[] b;
        try {
            b = new byte[is.available()];
            is.read(b);
            return defineClass(name,b,0,b.length);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;


    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> aClass = new MyClassLoader().findClass("com.jun.javase.MyClassLoader");
            System.out.println(aClass+"---"+MyClassLoader.class);
            System.out.println(aClass.getClassLoader()+"---"+MyClassLoader.class.getClassLoader());
            System.out.println(MyClassLoader.class == aClass);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出

class com.jun.javase.MyClassLoader---class com.jun.javase.MyClassLoader
[e-mail]$AppClassLoader@18b4aac2
false

输出false，因为类加载器不同，即使同一个类，也不相等。