Java虛擬機10：類加載器

類與類加載器

虛擬機設計團隊把類加載階段張的"通過一個類的全限定名來獲取此類的二進制字節流"這個動作放到Java虛擬機外部去實現，以便讓應用程序自己決定如何去獲取所需要的類。實現這個動作的代碼模塊稱為"類加載器"。類加載器雖然只用於實現類的加載動作，但它在Java程序中起到的作用卻遠遠不限定於類加載階段。對於任意一個類，都需要由加載它的類加載器和這個類本身一同確立其在Java虛擬機中的唯一性，每一個類加載器，都擁有一個獨立的類名稱空間。這句話表達地再簡單一點就是：比較兩個類是否"相等"，只有在這兩個類是由同一個類加載器加載的前提下才有意義，否則即使這兩個類來源於同一個.class文件，被同一個虛擬機加載，只要加載它們的類加載器不同，這兩個類必定不相等。

上面說的"相等"，包括代表類的.class對象的equals()方法、isAssignableFrom()方法、isInstance()方法的返回結果，也包括使用instanceof關鍵字做對象所屬關系判定等情況。

 

類加載器模型

從Java虛擬機的角度講，只有兩種不同的類加載器：啟動類加載器Bootstrap ClassLoader，這個類加載器是由C++語言實現的，是虛擬機自身的一部分；其他類加載器，這些類加載器都由Java語言實現，獨立於虛擬機外部，並且全部繼承自java.lang.ClassLoader。從開發人員的角度講，類加載器還可以划分地更加細致一些，一張圖就能說明：

關於這張圖首先說兩點：

1、這三個層次的類加載器並不是繼承關系，而只是層次上的定義

2、它並不是一個強制性的約束模型，而是Java設計者推薦給開發者的一種類加載器實現方式

OK，然后一個一個類加載器來看：

1、啟動類加載器Bootstrap ClassLoader

之前說過了這是一個嵌在JVM內核中的加載器。它負責加載的是JAVA_HOME/lib下的類庫，系統類加載器無法被Java程序直接應用

2、擴展類加載器Extension ClassLoader

這個類加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實現，它負責用於加載JAVA_HOME/lib/ext目錄中的，或者被java.ext.dirs系統變量指定所指定的路徑中所有類庫，開發者可以直接使用擴展類加載器。java.ext.dirs系統變量所指定的路徑的可以通過程序來查看

public class TestMain
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));
    }
}

運行結果

E:\MyEclipse10\Common\binary\com.sun.java.jdk.win32.x86_64_1.6.0.013\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext

3、應用程序類加載器Application ClassLoader

這個類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實現。這個類也一般被稱為系統類加載器，寫個小程序看下：

public class TestMain
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader());
    }
}

運行結果為：

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@546b97fd

看到通過"ClassLoader.getSystemClassLoader"，得到的是sun.misc.Launcher$AppClassLoader，這也證明了JDK認為Application ClassLoader是系統類加載器。順便根據類加載器模型，打印一下這個類的父加載器：

public class TestMain
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
    }
}

運行結果為：

sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@535ff48b

看出Application ClassLoader的父加載器確實是Extension ClassLoader，符合圖中的模型。那么再打印父加載器呢？按照我們的想法應該是Bootstrap ClassLoader了，看下是不是：

public class TestMain
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getParent());
    }
}

運行結果為：

null

這會打印出來的是null了。其實也很好理解，Bootstrap ClassLoader以外的ClassLoader都是Java實現的，因此這些ClassLoader勢必在Java堆中有一份實例在，所以Extension ClassLoader和Application ClassLoader都能打印出內容來。但是Bootstrap ClassLoader是JVM的一部分，是用C/C++寫的，不屬於Java，自然在Java堆中也沒有自己的空間，所以就返回null了。所以，如果ClassLoader得到的是null，那么表示的ClassLoader就是Bootstrap ClassLoader。

另外要說很重要的一點，反編譯一下rt.jar，找到sun.misc.Launcher看一下Application ClassLoader的實現：

static class AppClassLoader extends URLClassLoader
  {
    public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader paramClassLoader)
      throws IOException
    {
      String str = System.getProperty("java.class.path");
      final File[] arrayOfFile = str == null ? new File[0] : Launcher.getClassPath(str);
      return (ClassLoader)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction()
      {
        public Launcher.AppClassLoader run()
        {
          URL[] arrayOfURL = this.val$s == null ? new URL[0] : Launcher.pathToURLs(arrayOfFile);
          return new Launcher.AppClassLoader(arrayOfURL, paramClassLoader);
        }
      });
    }

重點就在第6行，Application ClassLoader只會加載java.class.path下的.class文件，java.class.path代表的是什么路徑？打印一下：

public class TestMain
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

運行結果為：

F:\代碼\MyEclipse\TestArticle\bin;F:\學習\第三方jar包\XStream\xstream-1.4.jar;F:\學習\第三方jar包\XStream\kxml2.jar

我這里有添加兩個.jar到CLASSPATH下。那也可以下一個重要的結論了：

Application ClassLoader只能加載項目bin目錄下的.class文件。

 

雙親委派模型

最后講一下雙親委派模型，其實上面的類加載器模型圖就是一個雙親委派模式的圖，這里把它再講清楚一點。

雙親委派模型是在JDK1.2期間被引入的，其工作過程可以分為兩步：

1、如果一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會自己去嘗試加載這個類，而是把這個請求委派給父類加載器去完成，每一個層次的類加載器都是如此。

2、只有當父加載器反饋自己無法完成這這個加載請求（它的搜索范圍中沒有找到所需的類）時，子加載器才會嘗試自己去加載

所以，其實所有的加載請求最終都應該傳送到頂層的啟動類加載器中。雙親委派模型對於Java程序的穩定運作很重要，因為Java類隨着它的加載器一起具備了一種帶有優先級的層次關系。例如java.lang.Object，存放於rt.jar中，無論哪一個類加載器要去加載這個類，最終都是由Bootstrap ClassLoader去加載，因此Object類在程序的各種類加載器環境中都是一個類。相反，如果沒有雙親委派模型，由各個類自己去加載的話，如果用戶自己編寫了一個java.lang.Object，並放在CLASSPATH下，那系統中將會出現多個不同的Object類，Java體系中最基礎的行為也將無法保證，應用程序也將會變得一片混亂。