Java類載入器深入理解

本篇文章主要是詳細寫一下個人對Java ClassLoader的理解。

首先回顧一下，java虛擬機器載入java類的步驟：java檔案經過編譯器編譯後變成位元組碼檔案（.class檔案），類載入器(ClassLoader)讀取.class檔案，並且轉換成java.lang.Class的一個例項，最後通過newInstance方法建立該類的一個物件。ClassLoader的作用就是根據一個類名，找到對應的位元組碼，根據這些位元組碼定義出對應的類，該類就是java.lang.Class的一個例項。

類載入器的組織結構

java有三個初始類載入器，當java虛擬機器啟動時，它們會按照以下順序啟動：Bootstrap classloader -> extension classloader -> system classloader。三者的關係：bootstrap classloader是extension classloader的parent，extension classloader是system classloader的parent。

bootstrap classloader

它是最原始的類載入器，並不是由java程式碼寫的，是由原生程式碼編寫的。Java有一次編譯、所有平臺執行的效果，就是因為它寫了一份功能相同，但針對不同平臺不同語言實現的底層程式碼。它負責載入java核心庫，大家可執行以下程式碼，看看自己本地的java核心庫在哪裡：

URL[] urls=sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
	System.out.println(urls[i].toExternalForm());
}

本人的執行結果：

file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/lib/resources.jar
file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/lib/rt.jar
file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/lib/jsse.jar
file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/lib/jce.jar
file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/lib/charsets.jar
file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/lib/modules/jdk.boot.jar
file:/home/eric/jdk1.6.0_35/jre/classes

extension classloader

它用來載入JRE的擴充套件目錄（JAVA_HOME/jre/lib/ext或java.ext.dirs系統屬性指定的）JAR的類包。注意，因為它是bootstrap classloader載入的，所以當你執行：

ClassLoader extensionClassloader=ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
System.out.println("the parent of extension classloader : "+extensionClassloader.getParent());

輸出的是：the parent of extension classloader : null

system classloader

它用於載入classpath目錄下的jar包，我們寫的java類，一般都是由它載入，除非你自己制定個人的類載入器。

全盤負責委託機制

classloader載入類時，使用全盤負責委託機制，可以分開兩部分理解：全盤負責，委託。

全盤負責機制：若類A呼叫了類Ｂ，則類B和類B所引入的所有jar包，都由類A的類載入器統一載入。

委託機制：類載入器在載入類A時，會優先讓父載入器載入，當父載入器載入不到，再找父父載入器，一直找到bootstrap  classloader都找不到，才自己去相關的路徑去尋找載入。以下是ClassLoader的原始碼：

protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
	throws ClassNotFoundException
    {
	// First, check if the class has already been loaded
	Class c = findLoadedClass(name);
	if (c == null) {
	    try {
		if (parent != null) {
		    //從父載入器載入
		    c = parent.loadClass(name, false);
		} else {
		    //從bootstrap loader載入
		    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.
	        c = findClass(name);
	    }
	}
	if (resolve) {
	    resolveClass(c);
	}
	return c;
    }

舉個例子，類載入器載入類A的過程：

1,判斷是否已經載入過，在cache裡面查詢，若有，跳7；否則下一步

2,判斷當前載入器是否有父載入器，若無，則當前為ext classloader，跳去４；否則下一步

3,請求父載入器載入該類，若載入成功，跳7；若不成功，即父載入器不能找到該類，跳2

4,請求jvm的bootstrap classloader載入，若載入成功，跳7；若失敗，跳5

5,當前載入器自己載入，若成功，跳7；否則，跳6

6,丟擲ClassNotFoundException

7,返回Class

編寫自己的類載入器

Java載入類的過程，實質上是呼叫loadClass()方法，loadClass中呼叫findLoadedClass()方法來檢查該類是否已經被載入過，如果沒有就會呼叫父載入器的loadClass()，如果父載入器無法載入該類，就呼叫findClass()來查詢該類。

所以我們要做的就是新建MyClassLoader繼承java.lang.ClassLoader，重寫其中的findClass()方法。主要是重新設計查詢位元組碼檔案的方案，然後呼叫definedClass來返回。

本人寫了一個demo，用自己的類載入器去載入指定java檔案，且帶有熱部署效果，具體請檢視以下url。

Demo地址：http://git.oschina.net/ericquan8/hot-deploy