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：
這里寫圖片描述
然后，我們需要在命令行中進行java文件的編譯
javac HelloWorld.java
這里寫圖片描述
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
這里寫圖片描述
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
Bootstrap CLassloder
Extention ClassLoader
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。
Launcher初始化了ExtClassLoader和AppClassLoader。
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
1
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。
這里寫圖片描述
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
這里寫圖片描述
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：
由外部類創建ClassLoader時直接指定一個ClassLoader為parent。
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：
這里寫圖片描述
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：
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。
遞歸，重復第1部的操作。
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。
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。
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。
這里寫圖片描述
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
執行findLoadedClass(String)去檢測這個class是不是已經加載過了。
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。
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
編寫一個類繼承自ClassLoader抽象類。
復寫它的findClass()方法。
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+1)+".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。
這里寫圖片描述
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");
這里寫圖片描述
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：
這里寫圖片描述
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：
這里寫圖片描述
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：
這里寫圖片描述
我們可以得到如下的信息：
DiskClassLoader1加載成功了SpeakTest.class文件並執行成功。
子線程的ContextClassLoader是AppClassLoader。
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：
這里寫圖片描述
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：
這里寫圖片描述
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
ClassLoader用來加載class文件的。
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。
可以自定義ClassLoader一般覆蓋findClass()方法。
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
你可以研究ClassLoader在Web容器內的應用了，如Tomcat。
可以嘗試以這個為基礎，繼續學習Android中的ClassLoader機制。
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。
grepcode ClassLoader源碼
http://blog.csdn.net/xyang81/article/details/7292380
http://blog.csdn.net/irelandken/article/details/7048817
https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/net/URLClassLoader.html
https://blog.csdn.net/briblue/article/details/54973413