一看你就懂，超詳細java中的ClassLoader詳解

本篇文章已授權微信公眾號 guolin_blog （郭霖）獨家發布

ClassLoader翻譯過來就是類加載器，普通的Java開發者其實用到的不多，但對於某些框架開發者來說卻非常常見。理解ClassLoader的加載機制，也有利於我們編寫出更高效的代碼。ClassLoader的具體作用就是將class文件加載到jvm虛擬機中去，程序就可以正確運行了。但是，jvm啟動的時候，並不會一次性加載所有的class文件，而是根據需要去動態加載。想想也是的，一次性加載那么多jar包那么多class，那內存不崩潰。本文的目的也是學習ClassLoader這種加載機制。

備注：本文篇幅比較長，但內容簡單，大家不要恐慌，安靜地耐心翻閱就是

Class文件的認識

我們都知道在Java中程序是運行在虛擬機中，我們平常用文本編輯器或者是IDE編寫的程序都是.java格式的文件，這是最基礎的源碼，但這類文件是不能直接運行的。如我們編寫一個簡單的程序HelloWorld.java

public class HelloWorld{ public static void main(String[] args){ System.out.println("Hello world!"); } }

如圖： 
 
然后，我們需要在命令行中進行java文件的編譯

javac HelloWorld.java

 
可以看到目錄下生成了.class文件

我們再從命令行中執行命令：

java HelloWorld

上面是基本代碼示例，是所有入門JAVA語言時都學過的東西，這里重新拿出來是想讓大家將焦點回到class文件上，class文件是字節碼格式文件，java虛擬機並不能直接識別我們平常編寫的.java源文件，所以需要javac這個命令轉換成.class文件。另外，如果用C或者Python編寫的程序正確轉換成.class文件后，java虛擬機也是可以識別運行的。更多信息大家可以參考這篇。

了解了.class文件后，我們再來思考下，我們平常在Eclipse中編寫的java程序是如何運行的，也就是我們自己編寫的各種類是如何被加載到jvm(java虛擬機)中去的。

你還記得java環境變量嗎？

初學java的時候，最害怕的就是下載JDK后要配置環境變量了，關鍵是當時不理解，所以戰戰兢兢地照着書籍上或者是網絡上的介紹進行操作。然后下次再弄的時候，又忘記了而且是必忘。當時，心里的想法很氣憤的，想着是–這東西一點也不人性化，為什么非要自己配置環境變量呢？太不照顧菜鳥和新手了，很多菜鳥就是因為卡在環境變量的配置上，遭受了太多的挫敗感。

因為我是在Windows下編程的，所以只講Window平台上的環境變量，主要有3個：JAVA_HOME、PATH、CLASSPATH。

JAVA_HOME

指的是你JDK安裝的位置，一般默認安裝在C盤，如

C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_91

PATH

將程序路徑包含在PATH當中后，在命令行窗口就可以直接鍵入它的名字了，而不再需要鍵入它的全路徑,比如上面代碼中我用的到javac和java兩個命令。 
一般的

PATH=%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin;%PATH%;

也就是在原來的PATH路徑上添加JDK目錄下的bin目錄和jre目錄的bin.

CLASSPATH

CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%\lib;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar

一看就是指向jar包路徑。 
需要注意的是前面的.;，.代表當前目錄。

環境變量的設置與查看

設置可以右擊我的電腦，然后點擊屬性，再點擊高級，然后點擊環境變量，具體不明白的自行查閱文檔。

查看的話可以打開命令行窗口

echo %JAVA_HOME% echo %PATH% echo %CLASSPATH%

好了，扯遠了，知道了環境變量，特別是CLASSPATH時，我們進入今天的主題Classloader.

JAVA類加載流程

Java語言系統自帶有三個類加載器: 
- Bootstrap ClassLoader 最頂層的加載類，主要加載核心類庫，%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。另外需要注意的是可以通過啟動jvm時指定-Xbootclasspath和路徑來改變Bootstrap ClassLoader的加載目錄。比如java -Xbootclasspath/a:path被指定的文件追加到默認的bootstrap路徑中。我們可以打開我的電腦，在上面的目錄下查看，看看這些jar包是不是存在於這個目錄。 
- Extention ClassLoader 擴展的類加載器，加載目錄%JRE_HOME%\lib\ext目錄下的jar包和class文件。還可以加載-D java.ext.dirs選項指定的目錄。 
- Appclass Loader也稱為SystemAppClass 加載當前應用的classpath的所有類。

我們上面簡單介紹了3個ClassLoader。說明了它們加載的路徑。並且還提到了-Xbootclasspath和-D java.ext.dirs這兩個虛擬機參數選項。

加載順序？

我們看到了系統的3個類加載器，但我們可能不知道具體哪個先行呢？ 
我可以先告訴你答案 
1. Bootstrap CLassloder 
2. Extention ClassLoader 
3. AppClassLoader

為了更好的理解，我們可以查看源碼。 
看sun.misc.Launcher,它是一個java虛擬機的入口應用。

public class Launcher { private static Launcher launcher = new Launcher(); private static String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path"); public static Launcher getLauncher() { return launcher; } private ClassLoader loader; public Launcher() { // Create the extension class loader ClassLoader extcl; try { extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader(); } catch (IOException e) { throw new InternalError( "Could not create extension class loader", e); } // Now create the class loader to use to launch the application try { loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl); } catch (IOException e) { throw new InternalError( "Could not create application class loader", e); } //設置AppClassLoader為線程上下文類加載器，這個文章后面部分講解 Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader); } /* * Returns the class loader used to launch the main application. */ public ClassLoader getClassLoader() { return loader; } /* * The class loader used for loading installed extensions. */ static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {} /** * The class loader used for loading from java.class.path. * runs in a restricted security context. */ static class AppClassLoader extends URLClassLoader {}

源碼有精簡，我們可以得到相關的信息。 
1. Launcher初始化了ExtClassLoader和AppClassLoader。 
2. Launcher中並沒有看見BootstrapClassLoader，但通過System.getProperty("sun.boot.class.path")得到了字符串bootClassPath,這個應該就是BootstrapClassLoader加載的jar包路徑。

我們可以先代碼測試一下sun.boot.class.path是什么內容。

System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

得到的結果是：

C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\resources.jar; C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\rt.jar; C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\sunrsasign.jar; C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\jsse.jar; C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\jce.jar; C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\charsets.jar; C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\jfr.jar; C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\classes

可以看到，這些全是JRE目錄下的jar包或者是class文件。

ExtClassLoader源碼

如果你有足夠的好奇心，你應該會對它的源碼感興趣

/* * The class loader used for loading installed extensions. */ static class ExtClassLoader extends URLClassLoader { static { ClassLoader.registerAsParallelCapable(); } /** * create an ExtClassLoader. The ExtClassLoader is created * within a context that limits which files it can read */ public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException { final File[] dirs = getExtDirs(); try { // Prior implementations of this doPrivileged() block supplied // aa synthesized ACC via a call to the private method // ExtClassLoader.getContext(). return AccessController.doPrivileged( new PrivilegedExceptionAction<ExtClassLoader>() { public ExtClassLoader run() throws IOException { int len = dirs.length; for (int i = 0; i < len; i++) { MetaIndex.registerDirectory(dirs[i]); } return new ExtClassLoader(dirs); } }); } catch (java.security.PrivilegedActionException e) { throw (IOException) e.getException(); } } private static File[] getExtDirs() { String s = System.getProperty("java.ext.dirs"); File[] dirs; if (s != null) { StringTokenizer st = new StringTokenizer(s, File.pathSeparator); int count = st.countTokens(); dirs = new File[count]; for (int i = 0; i < count; i++) { dirs[i] = new File(st.nextToken()); } } else { dirs = new File[0]; } return dirs; } ...... }

我們先前的內容有說過，可以指定-D java.ext.dirs參數來添加和改變ExtClassLoader的加載路徑。這里我們通過可以編寫測試代碼。

System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));

結果如下：

C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext

AppClassLoader源碼

/** * The class loader used for loading from java.class.path. * runs in a restricted security context. */ static class AppClassLoader extends URLClassLoader { public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader extcl) throws IOException { final String s = System.getProperty("java.class.path"); final File[] path = (s == null) ? new File[0] : getClassPath(s); return AccessController.doPrivileged( new PrivilegedAction<AppClassLoader>() { public AppClassLoader run() { URL[] urls = (s == null) ? new URL[0] : pathToURLs(path); return new AppClassLoader(urls, extcl); } }); } ...... }

可以看到AppClassLoader加載的就是java.class.path下的路徑。我們同樣打印它的值。

System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

結果：

D:\workspace\ClassLoaderDemo\bin

這個路徑其實就是當前java工程目錄bin，里面存放的是編譯生成的class文件。

好了，自此我們已經知道了BootstrapClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader實際是查閱相應的環境屬性sun.boot.class.path、java.ext.dirs和java.class.path來加載資源文件的。

接下來我們探討它們的加載順序，我們先用Eclipse建立一個java工程。 
 
然后創建一個Test.java文件。

public class Test{}

然后，編寫一個ClassLoaderTest.java文件。

public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader(); System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString()); } }

我們獲取到了Test.class文件的類加載器，然后打印出來。結果是：

ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93 

也就是說明Test.class文件是由AppClassLoader加載的。

這個Test類是我們自己編寫的，那么int.class或者是String.class的加載是由誰完成的呢？ 
我們可以在代碼中嘗試

public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader(); System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString()); cl = int.class.getClassLoader(); System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString()); } }

運行一下，卻報錯了

ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93 Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException at ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:15)

提示的是空指針，意思是int.class這類基礎類沒有類加載器加載？

當然不是！ 
int.class是由Bootstrap ClassLoader加載的。要想弄明白這些，我們首先得知道一個前提。

每個類加載器都有一個父加載器

每個類加載器都有一個父加載器，比如加載Test.class是由AppClassLoader完成，那么AppClassLoader也有一個父加載器，怎么樣獲取呢？很簡單，通過getParent方法。比如代碼可以這樣編寫：

ClassLoader cl = Test.class.getClassLoader();

System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString()); System.out.println("ClassLoader\'s parent is:"+cl.getParent().toString());

運行結果如下：

ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93 ClassLoader's parent is:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15db9742

這個說明，AppClassLoader的父加載器是ExtClassLoader。那么ExtClassLoader的父加載器又是誰呢？

System.out.println("ClassLoader is:"+cl.toString()); System.out.println("ClassLoader\'s parent is:"+cl.getParent().toString()); System.out.println("ClassLoader\'s grand father is:"+cl.getParent().getParent().toString());

運行如果：

ClassLoader is:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93 Exception in thread "main" ClassLoader's parent is:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15db9742 java.lang.NullPointerException at ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:13)

又是一個空指針異常，這表明ExtClassLoader也沒有父加載器。那么，為什么標題又是每一個加載器都有一個父加載器呢？這不矛盾嗎？為了解釋這一點，我們還需要看下面的一個基礎前提。

父加載器不是父類

我們先前已經粘貼了ExtClassLoader和AppClassLoader的代碼。

static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {} static class AppClassLoader extends URLClassLoader {}

可以看見ExtClassLoader和AppClassLoader同樣繼承自URLClassLoader，但上面一小節代碼中，為什么調用AppClassLoader的getParent()代碼會得到ExtClassLoader的實例呢？先從URLClassLoader說起，這個類又是什么？ 
先上一張類的繼承關系圖 

URLClassLoader的源碼中並沒有找到getParent()方法。這個方法在ClassLoader.java中。

public abstract class ClassLoader { // The parent class loader for delegation // Note: VM hardcoded the offset of this field, thus all new fields // must be added *after* it. private final ClassLoader parent; // The class loader for the system // @GuardedBy("ClassLoader.class") private static ClassLoader scl; private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) { this.parent = parent; ... } protected ClassLoader(ClassLoader parent) { this(checkCreateClassLoader(), parent); } protected ClassLoader() { this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader()); } public final ClassLoader getParent() { if (parent == null) return null; return parent; } public static ClassLoader getSystemClassLoader() { initSystemClassLoader(); if (scl == null) { return null; } return scl; } private static synchronized void initSystemClassLoader() { if (!sclSet) { if (scl != null) throw new IllegalStateException("recursive invocation"); sun.misc.Launcher l = sun.misc.Launcher.getLauncher(); if (l != null) { Throwable oops = null; //通過Launcher獲取ClassLoader scl = l.getClassLoader(); try { scl = AccessController.doPrivileged( new SystemClassLoaderAction(scl)); } catch (PrivilegedActionException pae) { oops = pae.getCause(); if (oops instanceof InvocationTargetException) { oops = oops.getCause(); } } if (oops != null) { if (oops instanceof Error) { throw (Error) oops; } else { // wrap the exception throw new Error(oops); } } } sclSet = true; } } }

我們可以看到getParent()實際上返回的就是一個ClassLoader對象parent，parent的賦值是在ClassLoader對象的構造方法中，它有兩個情況： 
1. 由外部類創建ClassLoader時直接指定一個ClassLoader為parent。 
2. 由getSystemClassLoader()方法生成，也就是在sun.misc.Laucher通過getClassLoader()獲取，也就是AppClassLoader。直白的說，一個ClassLoader創建時如果沒有指定parent，那么它的parent默認就是AppClassLoader。

我們主要研究的是ExtClassLoader與AppClassLoader的parent的來源，正好它們與Launcher類有關，我們上面已經粘貼過Launcher的部分代碼。

public class Launcher { private static URLStreamHandlerFactory factory = new Factory(); private static Launcher launcher = new Launcher(); private static String bootClassPath = System.getProperty("sun.boot.class.path"); public static Launcher getLauncher() { return launcher; } private ClassLoader loader; public Launcher() { // Create the extension class loader ClassLoader extcl; try { extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader(); } catch (IOException e) { throw new InternalError( "Could not create extension class loader", e); } // Now create the class loader to use to launch the application try { //將ExtClassLoader對象實例傳遞進去 loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl); } catch (IOException e) { throw new InternalError( "Could not create application class loader", e); } public ClassLoader getClassLoader() { return loader; } static class ExtClassLoader extends URLClassLoader { /** * create an ExtClassLoader. The ExtClassLoader is created * within a context that limits which files it can read */ public static ExtClassLoader getExtClassLoader() throws IOException { final File[] dirs = getExtDirs(); try { // Prior implementations of this doPrivileged() block supplied // aa synthesized ACC via a call to the private method // ExtClassLoader.getContext(). return AccessController.doPrivileged( new PrivilegedExceptionAction<ExtClassLoader>() { public ExtClassLoader run() throws IOException { //ExtClassLoader在這里創建 return new ExtClassLoader(dirs); } }); } catch (java.security.PrivilegedActionException e) { throw (IOException) e.getException(); } } /* * Creates a new ExtClassLoader for the specified directories. */ public ExtClassLoader(File[] dirs) throws IOException { super(getExtURLs(dirs), null, factory); } } }

我們需要注意的是

ClassLoader extcl;

extcl = ExtClassLoader.getExtClassLoader();

loader = AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);

代碼已經說明了問題AppClassLoader的parent是一個ExtClassLoader實例。

ExtClassLoader並沒有直接找到對parent的賦值。它調用了它的父類也就是URLClassLoder的構造方法並傳遞了3個參數。

public ExtClassLoader(File[] dirs) throws IOException { super(getExtURLs(dirs), null, factory); }

對應的代碼

public URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent, URLStreamHandlerFactory factory) { super(parent); }

答案已經很明了了，ExtClassLoader的parent為null。

上面張貼這么多代碼也是為了說明AppClassLoader的parent是ExtClassLoader，ExtClassLoader的parent是null。這符合我們之前編寫的測試代碼。

不過，細心的同學發現，還是有疑問的我們只看到ExtClassLoader和AppClassLoader的創建，那么BootstrapClassLoader呢？

還有，ExtClassLoader的父加載器為null,但是Bootstrap CLassLoader卻可以當成它的父加載器這又是為何呢？

我們繼續往下進行。

Bootstrap ClassLoader是由C++編寫的。

Bootstrap ClassLoader是由C/C++編寫的，它本身是虛擬機的一部分，所以它並不是一個JAVA類，也就是無法在java代碼中獲取它的引用，JVM啟動時通過Bootstrap類加載器加載rt.jar等核心jar包中的class文件，之前的int.class,String.class都是由它加載。然后呢，我們前面已經分析了，JVM初始化sun.misc.Launcher並創建Extension ClassLoader和AppClassLoader實例。並將ExtClassLoader設置為AppClassLoader的父加載器。Bootstrap沒有父加載器，但是它卻可以作用一個ClassLoader的父加載器。比如ExtClassLoader。這也可以解釋之前通過ExtClassLoader的getParent方法獲取為Null的現象。具體是什么原因，很快就知道答案了。

雙親委托

雙親委托。 
我們終於來到了這一步了。 
一個類加載器查找class和resource時，是通過“委托模式”進行的，它首先判斷這個class是不是已經加載成功，如果沒有的話它並不是自己進行查找，而是先通過父加載器，然后遞歸下去，直到Bootstrap ClassLoader，如果Bootstrap classloader找到了，直接返回，如果沒有找到，則一級一級返回，最后到達自身去查找這些對象。這種機制就叫做雙親委托。 
整個流程可以如下圖所示： 

這張圖是用時序圖畫出來的，不過畫出來的結果我卻自己都覺得不理想。

大家可以看到2根箭頭，藍色的代表類加載器向上委托的方向，如果當前的類加載器沒有查詢到這個class對象已經加載就請求父加載器（不一定是父類）進行操作，然后以此類推。直到Bootstrap ClassLoader。如果Bootstrap ClassLoader也沒有加載過此class實例，那么它就會從它指定的路徑中去查找，如果查找成功則返回，如果沒有查找成功則交給子類加載器，也就是ExtClassLoader,這樣類似操作直到終點，也就是我上圖中的紅色箭頭示例。 
用序列描述一下： 
1. 一個AppClassLoader查找資源時，先看看緩存是否有，緩存有從緩存中獲取，否則委托給父加載器。 
2. 遞歸，重復第1部的操作。 
3. 如果ExtClassLoader也沒有加載過，則由Bootstrap ClassLoader出面，它首先查找緩存，如果沒有找到的話，就去找自己的規定的路徑下，也就是sun.mic.boot.class下面的路徑。找到就返回，沒有找到，讓子加載器自己去找。 
4. Bootstrap ClassLoader如果沒有查找成功，則ExtClassLoader自己在java.ext.dirs路徑中去查找，查找成功就返回，查找不成功，再向下讓子加載器找。 
5. ExtClassLoader查找不成功，AppClassLoader就自己查找，在java.class.path路徑下查找。找到就返回。如果沒有找到就讓子類找，如果沒有子類會怎么樣？拋出各種異常。

上面的序列，詳細說明了雙親委托的加載流程。我們可以發現委托是從下向上，然后具體查找過程卻是自上至下。

我說過上面用時序圖畫的讓自己不滿意，現在用框圖，最原始的方法再畫一次。 

上面已經詳細介紹了加載過程，但具體為什么是這樣加載，我們還需要了解幾個個重要的方法loadClass()、findLoadedClass()、findClass()、defineClass()。

重要方法

loadClass()

JDK文檔中是這樣寫的，通過指定的全限定類名加載class，它通過同名的loadClass(String,boolean)方法。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException

上面是方法原型，一般實現這個方法的步驟是 
1. 執行findLoadedClass(String)去檢測這個class是不是已經加載過了。 
2. 執行父加載器的loadClass方法。如果父加載器為null，則jvm內置的加載器去替代，也就是Bootstrap ClassLoader。這也解釋了ExtClassLoader的parent為null,但仍然說Bootstrap ClassLoader是它的父加載器。 
3. 如果向上委托父加載器沒有加載成功，則通過findClass(String)查找。

如果class在上面的步驟中找到了，參數resolve又是true的話，那么loadClass()又會調用resolveClass(Class)這個方法來生成最終的Class對象。 我們可以從源代碼看出這個步驟。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // 首先，檢測是否已經加載 Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { if (parent != null) { //父加載器不為空則調用父加載器的loadClass c = parent.loadClass(name, false); } else { //父加載器為空則調用Bootstrap Classloader c = findBootstrapClassOrNull(name); } } 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(); //父加載器沒有找到，則調用findclass c = findClass(name); // 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) { //調用resolveClass() resolveClass(c); } return c; } }

代碼解釋了雙親委托。

另外，要注意的是如果要編寫一個classLoader的子類，也就是自定義一個classloader，建議覆蓋findClass()方法，而不要直接改寫loadClass()方法。 
另外

if (parent != null) { //父加載器不為空則調用父加載器的loadClass c = parent.loadClass(name, false); } else { //父加載器為空則調用Bootstrap Classloader c = findBootstrapClassOrNull(name); }

前面說過ExtClassLoader的parent為null，所以它向上委托時，系統會為它指定Bootstrap ClassLoader。

自定義ClassLoader

不知道大家有沒有發現，不管是Bootstrap ClassLoader還是ExtClassLoader等，這些類加載器都只是加載指定的目錄下的jar包或者資源。如果在某種情況下，我們需要動態加載一些東西呢？比如從D盤某個文件夾加載一個class文件，或者從網絡上下載class主內容然后再進行加載，這樣可以嗎？

如果要這樣做的話，需要我們自定義一個classloader。

自定義步驟

1. 編寫一個類繼承自ClassLoader抽象類。
2. 復寫它的findClass()方法。
3. 在findClass()方法中調用defineClass()。

defineClass()

這個方法在編寫自定義classloader的時候非常重要，它能將class二進制內容轉換成Class對象，如果不符合要求的會拋出各種異常。

注意點：

一個ClassLoader創建時如果沒有指定parent，那么它的parent默認就是AppClassLoader。

上面說的是，如果自定義一個ClassLoader，默認的parent父加載器是AppClassLoader，因為這樣就能夠保證它能訪問系統內置加載器加載成功的class文件。

自定義ClassLoader示例之DiskClassLoader。

假設我們需要一個自定義的classloader,默認加載路徑為D:\lib下的jar包和資源。

我們寫編寫一個測試用的類文件，Test.java

Test.java

package com.frank.test; public class Test { public void say(){ System.out.println("Say Hello"); } }

然后將它編譯過年class文件Test.class放到D:\lib這個路徑下。

DiskClassLoader

我們編寫DiskClassLoader的代碼。

import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.IOException; public class DiskClassLoader extends ClassLoader { private String mLibPath; public DiskClassLoader(String path) { // TODO Auto-generated constructor stub mLibPath = path; } @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { // TODO Auto-generated method stub String fileName = getFileName(name); File file = new File(mLibPath,fileName); try { FileInputStream is = new FileInputStream(file); ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream(); int len = 0; try { while ((len = is.read()) != -1) { bos.write(len); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } byte[] data = bos.toByteArray(); is.close(); bos.close(); return defineClass(name,data,0,data.length); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } return super.findClass(name); } //獲取要加載 的class文件名 private String getFileName(String name) { // TODO Auto-generated method stub int index = name.lastIndexOf('.'); if(index == -1){ return name+".class"; }else{ return name.substring(index)+".class"; } } }

我們在findClass()方法中定義了查找class的方法，然后數據通過defineClass()生成了Class對象。

測試

現在我們要編寫測試代碼。我們知道如果調用一個Test對象的say方法，它會輸出”Say Hello”這條字符串。但現在是我們把Test.class放置在應用工程所有的目錄之外，我們需要加載它，然后執行它的方法。具體效果如何呢？我們編寫的DiskClassLoader能不能順利完成任務呢？我們拭目以待。

import java.lang.reflect.InvocationTargetException; import java.lang.reflect.Method; public class ClassLoaderTest { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub //創建自定義classloader對象。 DiskClassLoader diskLoader = new DiskClassLoader("D:\\lib"); try { //加載class文件 Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.Test"); if(c != null){ try { Object obj = c.newInstance(); Method method = c.getDeclaredMethod("say",null); //通過反射調用Test類的say方法 method.invoke(obj, null); } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | SecurityException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } catch (ClassNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } 

我們點擊運行按鈕，結果顯示。

可以看到，Test類的say方法正確執行，也就是我們寫的DiskClassLoader編寫成功。

回首

講了這么大的篇幅，自定義ClassLoader才姍姍來遲。 很多同學可能覺得前面有些啰嗦，但我按照自己的思路，我覺得還是有必要的。因為我是圍繞一個關鍵字進行講解的。

關鍵字是什么？

關鍵字 路徑

• 從開篇的環境變量
• 到3個主要的JDK自帶的類加載器
• 到自定義的ClassLoader

它們的關聯部分就是路徑，也就是要加載的class或者是資源的路徑。 
BootStrap ClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader都是加載指定路徑下的jar包。如果我們要突破這種限制，實現自己某些特殊的需求，我們就得自定義ClassLoader，自已指定加載的路徑，可以是磁盤、內存、網絡或者其它。

所以，你說路徑能不能成為它們的關鍵字？

當然上面的只是我個人的看法，可能不正確，但現階段，這樣有利於自己的學習理解。

自定義ClassLoader還能做什么？

突破了JDK系統內置加載路徑的限制之后，我們就可以編寫自定義ClassLoader，然后剩下的就叫給開發者你自己了。你可以按照自己的意願進行業務的定制，將ClassLoader玩出花樣來。

玩出花之Class解密類加載器

常見的用法是將Class文件按照某種加密手段進行加密，然后按照規則編寫自定義的ClassLoader進行解密，這樣我們就可以在程序中加載特定了類，並且這個類只能被我們自定義的加載器進行加載，提高了程序的安全性。

下面，我們編寫代碼。

1.定義加密解密協議

加密和解密的協議有很多種，具體怎么定看業務需要。在這里，為了便於演示，我簡單地將加密解密定義為異或運算。當一個文件進行異或運算后，產生了加密文件，再進行一次異或后，就進行了解密。

2.編寫加密工具類

import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.FileNotFoundException; import java.io.FileOutputStream; import java.io.IOException; public class FileUtils { public static void test(String path){ File file = new File(path); try { FileInputStream fis = new FileInputStream(file); FileOutputStream fos = new FileOutputStream(path+"en"); int b = 0; int b1 = 0; try { while((b = fis.read()) != -1){ //每一個byte異或一個數字2 fos.write(b ^ 2); } fos.close(); fis.close(); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } catch (FileNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } 

我們再寫測試代碼

FileUtils.test("D:\\lib\\Test.class");

 
然后可以看見路徑D:\\lib\\Test.class下Test.class生成了Test.classen文件。

編寫自定義classloader，DeClassLoader

import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.IOException; public class DeClassLoader extends ClassLoader { private String mLibPath; public DeClassLoader(String path) { // TODO Auto-generated constructor stub mLibPath = path; } @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { // TODO Auto-generated method stub String fileName = getFileName(name); File file = new File(mLibPath,fileName); try { FileInputStream is = new FileInputStream(file); ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream(); int len = 0; byte b = 0; try { while ((len = is.read()) != -1) { //將數據異或一個數字2進行解密 b = (byte) (len ^ 2); bos.write(b); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } byte[] data = bos.toByteArray(); is.close(); bos.close(); return defineClass(name,data,0,data.length); } catch (IOException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } return super.findClass(name); } //獲取要加載 的class文件名 private String getFileName(String name) { // TODO Auto-generated method stub int index = name.lastIndexOf('.'); if(index == -1){ return name+".classen"; }else{ return name.substring(index+1)+".classen"; } } }

測試

我們可以在ClassLoaderTest.java中的main方法中如下編碼：

DeClassLoader diskLoader = new DeClassLoader("D:\\lib"); try { //加載class文件 Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.Test"); if(c != null){ try { Object obj = c.newInstance(); Method method = c.getDeclaredMethod("say",null); //通過反射調用Test類的say方法 method.invoke(obj, null); } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | SecurityException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } catch (ClassNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); }

查看運行結果是：

可以看到了，同樣成功了。現在，我們有兩個自定義的ClassLoader:DiskClassLoader和DeClassLoader，我們可以嘗試一下，看看DiskClassLoader能不能加載Test.classen文件也就是Test.class加密后的文件。

我們首先移除D:\\lib\\Test.class文件，只剩下一下Test.classen文件，然后進行代碼的測試。

DeClassLoader diskLoader1 = new DeClassLoader("D:\\lib"); try { //加載class文件 Class c = diskLoader1.loadClass("com.frank.test.Test"); if(c != null){ try { Object obj = c.newInstance(); Method method = c.getDeclaredMethod("say",null); //通過反射調用Test類的say方法 method.invoke(obj, null); } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | SecurityException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } catch (ClassNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } DiskClassLoader diskLoader = new DiskClassLoader("D:\\lib"); try { //加載class文件 Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.Test"); if(c != null){ try { Object obj = c.newInstance(); Method method = c.getDeclaredMethod("say",null); //通過反射調用Test類的say方法 method.invoke(obj, null); } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | SecurityException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } catch (ClassNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } 

運行結果： 

我們可以看到。DeClassLoader運行正常，而DiskClassLoader卻找不到Test.class的類,並且它也無法加載Test.classen文件。

Context ClassLoader 線程上下文類加載器

前面講到過Bootstrap ClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader，現在又出來這么一個類加載器，這是為什么？

前面三個之所以放在前面講，是因為它們是真實存在的類，而且遵從”雙親委托“的機制。而ContextClassLoader其實只是一個概念。

查看Thread.java源碼可以發現

public class Thread implements Runnable { /* The context ClassLoader for this thread */ private ClassLoader contextClassLoader; public void setContextClassLoader(ClassLoader cl) { SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); if (sm != null) { sm.checkPermission(new RuntimePermission("setContextClassLoader")); } contextClassLoader = cl; } public ClassLoader getContextClassLoader() { if (contextClassLoader == null) return null; SecurityManager sm = System.getSecurityManager(); if (sm != null) { ClassLoader.checkClassLoaderPermission(contextClassLoader, Reflection.getCallerClass()); } return contextClassLoader; } }

contextClassLoader只是一個成員變量，通過setContextClassLoader()方法設置，通過getContextClassLoader()設置。

每個Thread都有一個相關聯的ClassLoader，默認是AppClassLoader。並且子線程默認使用父線程的ClassLoader除非子線程特別設置。

我們同樣可以編寫代碼來加深理解。 
現在有2個SpeakTest.class文件，一個源碼是

package com.frank.test; public class SpeakTest implements ISpeak { @Override public void speak() { // TODO Auto-generated method stub System.out.println("Test"); } } 

它生成的SpeakTest.class文件放置在D:\\lib\\test目錄下。 
另外ISpeak.java代碼

 package com.frank.test; public interface ISpeak { public void speak(); }

然后，我們在這里還實現了一個SpeakTest.java

package com.frank.test; public class SpeakTest implements ISpeak { @Override public void speak() { // TODO Auto-generated method stub System.out.println("I\' frank"); } }

它生成的SpeakTest.class文件放置在D:\\lib目錄下。

然后我們還要編寫另外一個ClassLoader，DiskClassLoader1.java這個ClassLoader的代碼和DiskClassLoader.java代碼一致，我們要在DiskClassLoader1中加載位置於D:\\lib\\test中的SpeakTest.class文件。

測試代碼：

DiskClassLoader1 diskLoader1 = new DiskClassLoader1("D:\\lib\\test"); Class cls1 = null; try { //加載class文件 cls1 = diskLoader1.loadClass("com.frank.test.SpeakTest"); System.out.println(cls1.getClassLoader().toString()); if(cls1 != null){ try { Object obj = cls1.newInstance(); //SpeakTest1 speak = (SpeakTest1) obj; //speak.speak(); Method method = cls1.getDeclaredMethod("speak",null); //通過反射調用Test類的speak方法 method.invoke(obj, null); } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | SecurityException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } catch (ClassNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } DiskClassLoader diskLoader = new DiskClassLoader("D:\\lib"); System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" classloader: "+Thread.currentThread().getContextClassLoader().toString()); new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("Thread "+Thread.currentThread().getName()+" classloader: "+Thread.currentThread().getContextClassLoader().toString()); // TODO Auto-generated method stub try { //加載class文件 // Thread.currentThread().setContextClassLoader(diskLoader); //Class c = diskLoader.loadClass("com.frank.test.SpeakTest"); ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); Class c = cl.loadClass("com.frank.test.SpeakTest"); // Class c = Class.forName("com.frank.test.SpeakTest"); System.out.println(c.getClassLoader().toString()); if(c != null){ try { Object obj = c.newInstance(); //SpeakTest1 speak = (SpeakTest1) obj; //speak.speak(); Method method = c.getDeclaredMethod("speak",null); //通過反射調用Test類的say方法 method.invoke(obj, null); } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | SecurityException | IllegalArgumentException | InvocationTargetException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } } catch (ClassNotFoundException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }).start(); 

結果如下： 

我們可以得到如下的信息： 
1. DiskClassLoader1加載成功了SpeakTest.class文件並執行成功。 
2. 子線程的ContextClassLoader是AppClassLoader。 
3. AppClassLoader加載不了父線程當中已經加載的SpeakTest.class內容。

我們修改一下代碼，在子線程開頭處加上這么一句內容。

Thread.currentThread().setContextClassLoader(diskLoader1);

結果如下： 

可以看到子線程的ContextClassLoader變成了DiskClassLoader。

繼續改動代碼：

Thread.currentThread().setContextClassLoader(diskLoader);

結果： 

可以看到DiskClassLoader1和DiskClassLoader分別加載了自己路徑下的SpeakTest.class文件，並且它們的類名是一樣的com.frank.test.SpeakTest，但是執行結果不一樣，因為它們的實際內容不一樣。

Context ClassLoader的運用時機

其實這個我也不是很清楚，我的主業是Android，研究ClassLoader也是為了更好的研究Android。網上的答案說是適應那些Web服務框架軟件如Tomcat等。主要為了加載不同的APP，因為加載器不一樣，同一份class文件加載后生成的類是不相等的。如果有同學想多了解更多的細節，請自行查閱相關資料。

總結

1. ClassLoader用來加載class文件的。
2. 系統內置的ClassLoader通過雙親委托來加載指定路徑下的class和資源。
3. 可以自定義ClassLoader一般覆蓋findClass()方法。
4. ContextClassLoader與線程相關，可以獲取和設置，可以繞過雙親委托的機制。

下一步

1. 你可以研究ClassLoader在Web容器內的應用了，如Tomcat。
2. 可以嘗試以這個為基礎，繼續學習Android中的ClassLoader機制。

3. 引用

   我這篇文章寫了好幾天，修修改改，然后加上自己的理解。參考了下面的這些網站。 
   1. grepcode ClassLoader源碼 
   2. http://blog.csdn.net/xyang81/article/details/7292380 
   3. http://blog.csdn.net/irelandken/article/details/7048817 
   4. https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/net/URLClassLoader.html