类加载器

1. 类加载器的介绍

类加载器（Class Loader）是 JVM 的重要组成部分，负责将 Java 类文件（.class 文件）加载到 JVM 中，并在运行时动态加载类。类加载器通过双亲委派模型工作，确保类的唯一性和安全性。以下是类加载器的详细说明： HSV

  • 双亲委派模型

双亲委派模型是类加载器的工作机制，确保类的唯一性和安全性。其工作流程如下：

  1. 当一个类加载器收到加载类的请求时，它首先不会自己尝试加载，而是将请求委派给父类加载器。
  2. 父类加载器会递归地将请求向上委派，直到启动类加载器。
  3. 如果父类加载器无法加载该类（例如在指定的路径中找不到类），子类加载器才会尝试自己加载。

优点

  • 避免重复加载：确保一个类只会被加载一次，防止类的重复加载。
  • 安全性：防止核心类库被篡改（例如用户自定义一个 java.lang.String 类，由于双亲委派机制，核心类库中的 String 类会被优先加载）。

2. 类加载器的作用

  • 加载类文件：将.class 文件从磁盘或网络加载到 JVM 内存中。
  • 生成类对象：为每个加载的类生成一个 java.lang.Class 对象，作为该类在 JVM 中的运行时表示。
  • 动态加载：支持在运行时动态加载类，例如通过 Class.forName()方法。
  • 隔离类：不同的类加载器可以加载相同名称的类，实现类的隔离（如 Tomcat 中使用不同的类加载器加载不同的 Web 应用）。

3. 类加载器的分类

JVM 中的类加载器主要分为以下四类：

  • 启动类加载器（Bootstrap Class Loader）

    • 由 C/C++实现，是 JVM 的一部分。
    • 负责加载 JVM 核心类库（如 java.lang.*、java.util.*等），这些类通常位于<JAVA_HOME>/lib 目录下的 rt.jar 等文件中。
    • 是类加载器层次结构的顶层，没有父类加载器。

  • 扩展类加载器（Extension Class Loader）

    • 由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现。
    • 负责加载 Java 的扩展类库（如 javax.*等），这些类通常位于<JAVA_HOME>/lib/ext 目录下。
    • 父类加载器是启动类加载器。

  • 应用类加载器（Application Class Loader）

    • 由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。
    • 负责加载用户类路径（ClassPath）上的类，即开发者编写的类。
    • 父类加载器是扩展类加载器。
    • 是默认的类加载器，如果没有自定义类加载器，JVM 会使用它来加载类。

  • 自定义类加载器（User-Defined Class Loader）

    • 开发者可以通过继承 java.lang.ClassLoader 类，实现自定义的类加载器。
    • 常用于实现类的动态加载、热部署、类隔离等场景（如 Tomcat、OSGi 等框架）。

4. 类加载器的加载过程

类加载器加载类的过程可以分为以下三步：

  • 加载（Loading）
    • 查找类的字节码文件（.class 文件），并将其加载到 JVM 内存中。
    • 生成一个 java.lang.Class 对象，作为该类在 JVM 中的运行时表示。
  • 链接（Linking）
    • 验证（Verification）：确保字节码文件的正确性和安全性。
    • 准备（Preparation）：为类的静态变量分配内存并设置默认初始值。
    • 解析（Resolution）：将符号引用转换为直接引用。
  • 初始化（Initialization）
    • 执行类的静态初始化代码（如 static 块）和静态变量的显式赋值。

5. 自定义类加载器的实现

开发者可以通过继承 java.lang.ClassLoader 类，实现自定义的类加载器。以下是一个简单的示例：

  • 代码实现

    import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.InputStream;

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

   @Override
   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
      // 1. 读取类的字节码文件
      byte[] classData = loadClassData(name);
      if (classData == null) {
         throw new ClassNotFoundException();
      }
      // 2. 定义类
      return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
   }

   private byte[] loadClassData(String className) {
      // 从类路径中加载类的字节码
      String path = className.replace('.', '/') + ".class";
      try (InputStream inputStream = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(path)) {
         if (inputStream == null) {
            return null;
         }
         ByteArrayOutputStream outputStream = new ByteArrayOutputStream();
         int data;
         while ((data = inputStream.read()) != -1) {
            outputStream.write(data);
         }
         return outputStream.toByteArray();
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
      return null;
   }
}

  • 测试类

    public class TestClass {
  public void sayHello() {
     System.out.println("Hello from TestClass, loaded by: " + this.getClass().getClassLoader());
  }
}

  • 主程序

    public class Main {
 public static void main(String[] args) throws Exception {
     // 创建自定义类加载器
     MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader();

     // 使用自定义类加载器加载 TestClass
     Class<?> clazz = myClassLoader.loadClass("TestClass");

     // 创建实例并调用方法
     Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
     clazz.getMethod("sayHello").invoke(instance);

     // 打印类加载器信息
     System.out.println("TestClass 的类加载器: " + clazz.getClassLoader());
     System.out.println("MyClassLoader 的父类加载器: " + myClassLoader.getParent());
 }
}

  • 运行结果

    Hello from TestClass, loaded by: MyClassLoader@<hashcode>
TestClass 的类加载器: MyClassLoader@<hashcode>
MyClassLoader 的父类加载器: sun.misc.Launcher$AppClassLoader@<hashcode>
最近更新：:
Contributors: Duke