java类加载器ClassLoader详解

获得ClassLoader的途径

1. 获得当前类的ClassLoader

clazz.getClassLoader()

2. 获得当前线程上下文的ClassLoader

Thread.currentThread().getContextClassLoader();

3. 获得系统的ClassLoader

ClassLoader.getSystemClassLoader()

4. 获得调用者的ClassLoader

DriverManager.getCallerClassLoader

ClassLoader源码解析

（推荐学习：Java视频教程）

概述

类加载器是用于加载类的对象，ClassLoader是一个抽象类。如果我们给定了一个类的二进制名称，类加载器应尝试去定位或生成构成定义类的数据。一种典型的策略是将给定的二进制名称转换为文件名，然后去文件系统中读取这个文件名所对应的class文件。

每个Class对象都会包含一个定义它的ClassLoader的一个引用。

数组类的Class对象，不是由类加载器去创建的，而是在Java运行期JVM根据需要自动创建的。对于数组类的类加载器来说，是通过Class.getClassLoader()返回的，与数组当中元素类型的类加载器是一样的；如果数组当中的元素类型是一个原生类型，数组类是没有类加载器的【代码一】。

应用实现了ClassLoader的子类是为了扩展JVM动态加载类的方式。

类加载器典型情况下时可以被安全管理器所使用去标识安全域问题。

ClassLoader类使用了委托模型来寻找类和资源，ClassLoader的每一个实例都会有一个与之关联的父ClassLoader，当ClassLoader被要求寻找一个类或者资源的时候，ClassLoader实例在自身尝试寻找类或者资源之前会委托它的父类加载器去完成。虚拟机内建的类加载器，称之为启动类加载器，是没有父加载器的，但是可以作为一个类加载器的父类加载器【双亲委托机制】。

支持并发类加载的类加载器叫做并行类加载器，要求在初始化期间通过ClassLoader.registerAsParallelCapable 方法注册自身，ClassLoader类默认被注册为可以并行，但是如果它的子类也是并行加载的话需要单独去注册子类。

在委托模型不是严格的层次化的环境下，类加载器需要并行，否则类加载会导致死锁，因为加载器的锁在类加载过程中是一直被持有的。

通常情况下，Java虚拟机以平台相关的形式从本地的文件系统中加载类，比如在UNIX系统，虚拟机从CLASSPATH环境所定义的目录加载类。然而，有些类并不是来自于文件；它们是从其它来源得到的，比如网络，或者是由应用本身构建【动态代理】。定义类（defineClass ）方法会将字节数组转换为Class的实例，这个新定义类的实例可以由Class.newInstance创建。

由类加载器创建的对象的方法和构造方法可能引用其它的类，为了确定被引用的类，Java虚拟机会调用最初创建类的类加载器的loadClass方法。

二进制名称：以字符串参数的形式向CalssLoader提供的任意一个类名，必须是一个二进制的名称，包含以下四种情况

• "java.lang.String" 正常类
• "javax.swing.JSpinner$DefaultEditor" 内部类
• "java.security.KeyStore\(Builder\)FileBuilder$1" KeyStore的内部类Builder的内部类FileBuilder的第一个匿名内部类
• "java.net.URLClassLoader$3$1" URLClassLoader类的第三个匿名内部类的第一个匿名内部类

代码一：

public class Test12 {     public static void main(String[] args) {         String[] strings = new String[6];         System.out.println(strings.getClass().getClassLoader());         // 运行结果：null          Test12[] test12s = new Test12[1];         System.out.println(test12s.getClass().getClassLoader());         // 运行结果：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2          int[] ints = new int[2];         System.out.println(ints.getClass().getClassLoader());         // 运行结果：null     } }

loadClass方法

loadClass的源码如下， loadClass方法加载拥有指定的二进制名称的Class，默认按照如下顺序寻找类：

a）调用findLoadedClass(String)检查这个类是否被加载

b）调用父类加载器的loadClass方法，如果父类加载器为null，就会调用启动类加载器

c）调用findClass(String)方法寻找

使用上述步骤如果类被找到且resolve为true，就会去调用resolveClass(Class)方法

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);       if (c == null) {           long t0 = System.nanoTime();           try {               if (parent != null) {                   c = parent.loadClass(name, false);               } else {                   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();               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) {           resolveClass(c);       }       return c;   } }

findClass方法

findClass的源码如下，findClass寻找拥有指定二进制名称的类，JVM鼓励我们重写此方法，需要自定义加载器遵循双亲委托机制，该方法会在检查完父类加载器之后被loadClass方法调用，默认返回ClassNotFoundException异常。

protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {     throw new ClassNotFoundException(name); }

defineClass方法

defineClass的源码如下，defineClass方法将一个字节数组转换为Class的实例。

protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,                                      ProtectionDomain protectionDomain)     throws ClassFormatError {     protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);     String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);     Class<?> c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source);     postDefineClass(c, protectionDomain);     return c; }

自定义类加载器

/**  * 继承了ClassLoader，这是一个自定义的类加载器  * @author 夜的那种黑丶  */ public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {     public static void main(String[] args) throws Exception {         ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");        Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");         Object object = clazz.newInstance();         System.out.println(object);         System.out.println(object.getClass().getClassLoader());     }     //------------------------------以上为测试代码---------------------------------      /**      * 类加载器名称，标识作用      */     private String classLoaderName;      /**      * 从磁盘读物字节码文件的扩展名      */     private String fileExtension = ".class";      /**      * 创建一个类加载器对象，将系统类加载器当做该类加载器的父加载器      * @param classLoaderName 类加载器名称      */     private ClassLoaderTest(String classLoaderName) {         // 将系统类加载器当做该类加载器的父加载器         super();         this.classLoaderName = classLoaderName;     }      /**      * 创建一个类加载器对象，显示指定该类加载器的父加载器      * 前提是需要有一个类加载器作为父加载器      * @param parent 父加载器      * @param classLoaderName 类加载器名称      */     private ClassLoaderTest(ClassLoader parent, String classLoaderName) {         // 显示指定该类加载器的父加载器         super(parent);         this.classLoaderName = classLoaderName;     }      /**      * 寻找拥有指定二进制名称的类，重写ClassLoader类的同名方法，需要自定义加载器遵循双亲委托机制      * 该方法会在检查完父类加载器之后被loadClass方法调用      * 默认返回ClassNotFoundException异常      * @param className 类名      * @return Class的实例      * @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常      */     @Override     protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException {         byte[] data = this.loadClassData(className);         /*          * 通过defineClass方法将字节数组转换为Class          * defineClass：将一个字节数组转换为Class的实例，在使用这个Class之前必须要被解析          */         return this.defineClass(className, data, 0 , data.length);     }      /**      * io操作，根据类名找到对应文件，返回class文件的二进制信息      * @param className 类名      * @return class文件的二进制信息      * @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常      */     private byte[] loadClassData(String className) throws ClassNotFoundException {         InputStream inputStream = null;         byte[] data;         ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;          try {             this.classLoaderName = this.classLoaderName.replace(".", "/");             inputStream = new FileInputStream(new File(className + this.fileExtension));             byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();              int ch;             while (-1 != (ch = inputStream.read())) {                 byteArrayOutputStream.write(ch);             }              data = byteArrayOutputStream.toByteArray();         } catch (Exception e) {             throw new ClassNotFoundException();         } finally {             try {                 if (inputStream != null) {                     inputStream.close();                 }                 if (byteArrayOutputStream != null) {                     byteArrayOutputStream.close();                 }             } catch (IOException e) {                 e.printStackTrace();             }         }         return data;     } }

以上是一段自定义类加载器的代码，我们执行这段代码

classloader.Test01@7f31245a sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

可以看见，这段代码中进行类加载的类加载器还是系统类加载器（AppClassLoader）。这是因为jvm的双亲委托机制造成的，private ClassLoaderTest(String classLoaderName)将系统类加载器当做我们自定义类加载器的父加载器，jvm的双亲委托机制使自定义类加载器委托系统类加载器完成加载。

改造以下代码，添加一个path属性用来指定类加载位置：

public class ClassLoaderTest extends ClassLoader {     public static void main(String[] args) throws Exception {         ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");         loader.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");         Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");         System.out.println("class:" + clazz);          Object object = clazz.newInstance();         System.out.println(object);         System.out.println(object.getClass().getClassLoader());     }     //------------------------------以上为测试代码---------------------------------      /**      * 从指定路径加载      */     private String path;      ......          /**      * io操作，根据类名找到对应文件，返回class文件的二进制信息      * @param className 类名      * @return class文件的二进制信息      * @throws ClassNotFoundException 如果类不能被找到，抛出此异常      */     private byte[] loadClassData(String className) throws ClassNotFoundException {         InputStream inputStream = null;         byte[] data;         ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;          className = className.replace(".", "/");          try {             this.classLoaderName = this.classLoaderName.replace(".", "/");             inputStream = new FileInputStream(new File(this.path + className + this.fileExtension));             byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();              int ch;             while (-1 != (ch = inputStream.read())) {                 byteArrayOutputStream.write(ch);             }              data = byteArrayOutputStream.toByteArray();         } catch (Exception e) {             throw new ClassNotFoundException();         } finally {             try {                 if (inputStream != null) {                     inputStream.close();                 }                 if (byteArrayOutputStream != null) {                     byteArrayOutputStream.close();                 }             } catch (IOException e) {                 e.printStackTrace();             }         }         return data;     }      public void setPath(String path) {         this.path = path;     } }

运行一下

class:class classloader.Test01 classloader.Test01@7f31245a sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

修改一下测试代码，并删除工程下的Test01.class文件

public static void main(String[] args) throws Exception {     ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");    loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");     Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");     System.out.println("class:" + clazz);      Object object = clazz.newInstance();     System.out.println(object);     System.out.println(object.getClass().getClassLoader()); }

运行一下

class:class classloader.Test01 classloader.Test01@135fbaa4 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a

分析

改造后的两块代码，第一块代码中加载类的是系统类加载器AppClassLoader，第二块代码中加载类的是自定义类加载器ClassLoaderTest。是因为ClassLoaderTest会委托他的父加载器AppClassLoader加载class，第一块代码的path直接是工程下，AppClassLoader可以加载到，而第二块代码的path在桌面目录下，所以AppClassLoader无法加载到，然后ClassLoaderTest自身尝试加载并成功加载到。如果第二块代码工程目录下的Test01.class文件没有被删除，那么依然是AppClassLoader加载。

再来测试一块代码

public static void main(String[] args) throws Exception {     ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");     loader.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");     Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");     System.out.println("class:" + clazz.hashCode());      Object object = clazz.newInstance();     System.out.println(object.getClass().getClassLoader());      ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest("loader");     loader2.setPath("/home/fanxuan/Study/java/jvmStudy/out/production/jvmStudy/");     Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");     System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());      Object object2 = clazz2.newInstance();     System.out.println(object2.getClass().getClassLoader()); }

结果显而易见，类由系统类加载器加载，并且clazz和clazz2是相同的。

class:2133927002 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2 class:2133927002 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

再改造一下

public static void main(String[] args) throws Exception {     ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");     loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");     Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");     System.out.println("class:" + clazz.hashCode());      Object object = clazz.newInstance();     System.out.println(object.getClass().getClassLoader());      ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest("loader2");     loader2.setPath("/home/fanxuan/桌面/");     Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");     System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());      Object object2 = clazz2.newInstance();     System.out.println(object2.getClass().getClassLoader()); }

运行结果

class:325040804 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a class:621009875 classloader.ClassLoaderTest@45ee12a7

ClassLoaderTest是显而易见，但是clazz和clazz2是不同的，这是因为类加载器的命名空间的原因。

我们可以通过设置父类加载器来让loader和loader2处于同一命名空间

public static void main(String[] args) throws Exception {     ClassLoaderTest loader = new ClassLoaderTest("loader");     loader.setPath("/home/fanxuan/桌面/");     Class<?> clazz = loader.loadClass("classloader.Test01");     System.out.println("class:" + clazz.hashCode());      Object object = clazz.newInstance();     System.out.println(object.getClass().getClassLoader());      ClassLoaderTest loader2 = new ClassLoaderTest(loader, "loader2");     loader2.setPath("/home/fanxuan/桌面/");     Class<?> clazz2 = loader2.loadClass("classloader.Test01");     System.out.println("class:" + clazz2.hashCode());      Object object2 = clazz2.newInstance();     System.out.println(object2.getClass().getClassLoader()); }

运行结果

class:325040804 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a class:325040804 classloader.ClassLoaderTest@7f31245a

扩展：命名空间

1. 每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该加载器及所有的父加载器所加载的类组成

2. 在同一命名空间中，不会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类

3. 在不同的命名空间中，有可能会出现类的完整名字（包括类的包名）相同的两个类

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