深入学习ClassLoader原理与学习自定义ClassLoader的使用
JAVA自带的三个类加载器
Java语言系统自带有三个类加载器:
- Bootstrap ClassLoader 最顶层的加载类,主要加载核心类库,%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过启动jvm时指定-Xbootclasspath和路径来改变Bootstrap ClassLoader的加载目录。比如java -Xbootclasspath/a:path被指定的文件追加到默认的bootstrap路径中。我们可以打开我的电脑,在上面的目录下查看,看看这些jar包是不是存在于这个目录。
- Extention ClassLoader 扩展的类加载器,加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件。还可以加载-D java.ext.dirs选项指定的目录。
- Appclass Loader也称为SystemAppClass 加载当前应用的classpath的所有类。
这三个类加载器各自对应加载的jar包和class文件的位置1
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5public static void main(String[] args) {
System.out.println("BootstrapClassLoader加载Jar包路径: "+System.getProperty("sun.boot.class.path"));
System.out.println("ExtClassLoader加载Jar包路径: "+System.getProperty("java.ext.dirs"));
System.out.println("AppClassLoader加载Jar包路径: "+System.getProperty("java.class.path"));
}
输出1
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3BootstrapClassLoader加载Jar包路径: /opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/resources.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/rt.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/sunrsasign.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/jsse.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/jce.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/charsets.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/jfr.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/classes
ExtClassLoader加载Jar包路径: /opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext:/usr/java/packages/lib/ext
AppClassLoader加载Jar包路径: /opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/charsets.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/deploy.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/cldrdata.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/dnsns.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/jaccess.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/jfxrt.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/localedata.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/nashorn.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/sunec.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/ext/zipfs.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/javaws.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/jce.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/jfr.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/jfxswt.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/jsse.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/management-agent.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/plugin.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/resources.jar:/opt/jdk1.8.0_144/jre/lib/rt.jar:/home/duoyi/IdeaProjects/ClassLoaderTest/out/production/ClassLoaderTest:/home/duoyi/idea-IC-172.4155.36/lib/idea_rt.jar
父加载器和父类
查阅ClassLoader源码中构造方法
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13private final ClassLoader parent;
private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
this.parent = parent;
...
}
protected ClassLoader() {
this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
}
public final ClassLoader getParent() {
if (parent == null)
return null;
return parent;
}
从构造方法可以知道每个类加载器都有一个parent变量来代表父加载器,所以父加载器并不是继承关系上的父类。当调用的是无参的构造方法时,会由系统默认创建一个ClassLoader来作为当前类加载器的parent,实际上默认就是AppClassLoader。
把各ClassLoader的父加载器打印出来看看:1
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4ClassLoader cl = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
System.out.println(cl.toString());
System.out.println(cl.getParent().toString());
System.out.println(cl.getParent().getParent().toString());
输出:1
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4sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@677327b6
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
at PckA.ClassLoaderTest.main(ClassLoaderTest.java:86)
可以看到一般我们继承ClassLoader来实现的自定义ClassLoader的父加载器,都是AppClassLoader,AppClassLoader的父加载器是ExtCLassLoader,但是ExtClassLoader居然不存在父加载器,看构造方法就知道每个ClassLoader都是有父加载器的,这不是互相矛盾了。其实不然,ExtClassLoader的父加载器就是BootstrapClassLoader,但是Bootstrap是通过C++实现的,所以Java无法拿到它的引用,自然为null了。
继承关系图:
全盘负责与双亲委托
全盘负责 是指当一个ClassLoader装载一个类时,除非显示地使用另一个ClassLoader,则该类所依赖及引用的类也由这个CladdLoader载入。
真正加载class字节码文件生成Class对象由“双亲委派”机制完成。
“双亲委派”机制加载Class的具体过程是:
- 源ClassLoader先判断该Class是否已加载,如果已加载,则返回Class对象;如果没有则委托给父类加载器。
- 父类加载器判断是否加载过该Class,如果已加载,则返回Class对象;如果没有则委托给祖父类加载器。
- 依此类推,直到始祖类加载器(BootstrapClassLoader)。
- 始祖类加载器判断是否加载过该Class,如果已加载,则返回Class对象;如果没有则尝试从其对应的类路径下寻找class字节码文件并载入。如果载入成功,则返回Class对象;如果载入失败,则委托给始祖类加载器的子类加载器。
- 始祖类加载器的子类加载器尝试从其对应的类路径下寻找class字节码文件并载入。如果载入成功,则返回Class对象;如果载入失败,则委托给始祖类加载器的孙类加载器。
- 依此类推,直到源ClassLoader。
源ClassLoader尝试从其对应的类路径下寻找class字节码文件并载入。如果载入成功,则返回Class对象;如果载入失败,源ClassLoader不会再委托其子类加载器,而是抛出异常。
“双亲委派”机制只是Java推荐的机制,并不是强制的机制。
我们可以继承java.lang.ClassLoader类,实现自己的类加载器。如果想保持双亲委派模型,就应该重写findClass(name)方法;如果想破坏双亲委派模型,可以重写loadClass(name)方法。
自定义ClassLoader
findClass、defineClass和loadClass
通常自定义ClassLoader,我们都要重写findClass方法,在其中调用defineClass来返回我们想要加载的特定的那个类1
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11/**
* Finds the class with the specified <a href="#name">binary name</a>.
* This method should be overridden by class loader implementations that
* follow the delegation model for loading classes, and will be invoked by
* the {@link #loadClass <tt>loadClass</tt>} method after checking the
* parent class loader for the requested class. The default implementation
* throws a <tt>ClassNotFoundException</tt>.
*/
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
defineClass就不深究源码了,根据参数就知道,根据类名、bytes[]来重新构造一个Class类,这个bytes就是findClass中找到class文件后,使用流读取进来写入到byte[]中。1
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32/*
*
* @param name
* The expected <a href="#name">binary name</a> of the class, or
* <tt>null</tt> if not known
*
* @param b
* The bytes that make up the class data. The bytes in positions
* <tt>off</tt> through <tt>off+len-1</tt> should have the format
* of a valid class file as defined by
* <cite>The Java™ Virtual Machine Specification</cite>.
*
* @param off
* The start offset in <tt>b</tt> of the class data
*
* @param len
* The length of the class data
*
* @param protectionDomain
* The ProtectionDomain of the class
*
*/
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;
}
loadClass 则体现了上述的双亲委托机制,一般来说是无需改动,为什么说一般,因为后面要改..1
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34protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
Class<?> c = findLoadedClass(name);//源ClassLoader先判断该Class是否已加载
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);//父类加载器判断是否加载过该Class
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);//父类为null时即为BootstrapClassLoader
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);//向上查找,向下加载又回到源ClassLoader的findClass方法中
// 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;
}
}
实例
编写要加载的类 Test.java,其中有静态方法main和实例方法fun,尤其要注意这包名:A.B.C1
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9package A.B.C;
public class Test {
public static void main(String[] args){
System.out.println("this is main method from Test");
}
public void fun(){
System.out.println("this is fun method from Test");
}
}
然后将该文件放到 /home/duoyi/Desktop/ClassLoaderDemo/A/B/C 下,在终端里通过javac编译一下得到class文件
编写自定义的ClassLoader类,代码写的很清楚了,也是按照上述流程来:
- 继承ClassLoader
- 重写findClass,并在内部通过defineClass创建Class实例
- 通过反射调用方法
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运行 输出:1
2this is main method from Test
this is fun method from Test
考一考
不小心篇幅写的太多了,详情请参考这里,检验你对上述知识的了解程度。
Android的ClassLoader
BaseDexClassLoader
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/*第一个参数是jar包或apk的路径,
第二个参数是将这些jar包或apk优化后成为dex的存储路径,
第三个参数是本地库的路径,
第四个参数是父装载器,父装载器有什么用呢?当我们loadClass的时候,会优先用父装载器去loadclass*/
- dexPath:目标类所在的Apk或者Jar文件路径
- optimizedDirectory:我在这篇文章里贴过apk安装流程图,apk中的dex会被解压出来,并优化成ODex文件,这个参数就是解压路径。ClassLoader只能加载内部存储路径中的dex文件,所以这个路径必须为内部路径
- libraryPath:本地库的路径,
- parent:父加载器
BaseDexClassLoader有2个子类,DexClassLoader和PathClassLoader,这两个都只重写了BaseDexClassLoader的构造而已,具体的加载逻辑还是在BaseDexClassLoader中。
FindClass
跟Java一样的加载流程,我们具体看看BaseDex的加载逻辑
1 | 30 private final DexPathList pathList; |
跟进查看DexPathList的findClass
1 | 61 private final Element[] dexElements; |
遍历一个Element数组,Element持有DexFile实例,通过调用每个DexFile实例的loadClassBinaryName
来根据name
载入,实际上内部是调用了defineClass
方法,来创建类,如果载入成功则返回,否则返回null。
这里基本可以找到热更的思路了,通过反射把我们的增量class添加到这个Element[],并保证比要更新的同名类更早加载即可
Qzone团队的图:
PathClassLoader
Android系统是通过PathClassLoader加载系统类和已安装的应用的。
1 | 26 /** |
DexClassLoader
DexClassPath则可以从一个jar包或者未安装的apk中加载dex
1 | 37 /** |
一般我们都是用这个DexClassLoader来作为动态加载的加载器