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Java类加载器(死磕 1-2)

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java类加载器(死磕 1-2)，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含9370字，纯文字阅读大概需要14分钟。

内容图文

Java类加载器( CLassLoader ) 死磕 1、2:

导入 & 类加载器分类

本小节目录

1.导入
1.1. 从class文件的载入开始
1.2. 什么是类加载器
2. JAVA类加载器分类
2.1. 操作系统的环境变量
2.2. Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）
2.3. Extention ClassLoader （扩展类加载器）
2.4 Appclass Loader（应用类加载器）
2.5. 加载器启动次序
2.6. 阅读源码，查看加载器启动顺序
2.7. 本节小结

1.导入

1.1.从class文件的载入开始

我们都知道在Java中程序是运行在虚拟机中，我们平常用文本编辑器或者是IDE编写的程序都是.java格式的文件，这是最基础的源码，但这类文件是不能直接运行的。如我们编写一个简单的程序HelloWorld.java，Java虚拟机并不能直接识别我们平常编写的.java源文件，所以需要javac这个命令转换成.class文件，class文件是字节码格式文件。
关键性的一步来了，.class如果加入JVM中呢？
这就需要用到Java的类加载器。

1.2.什么是类加载器

ClassLoader翻译过来就是类加载器，普通的java开发者其实用到的不多，但对于某些框架开发者来说却非常常见。理解ClassLoader的加载机制，也有利于我们编写出更高效的代码。ClassLoader的具体作用就是将class文件加载到jvm虚拟机中去，程序就可以正确运行了。但是，jvm启动的时候，并不会一次性加载所有的class文件，而是根据需要去动态加载。想想也是的，一次性加载那么多jar包那么多class，那内存不崩溃。本文的目的也是学习ClassLoader这种加载机制。

2.JAVA类加载器分类

讲解类加载器，首先回顾一下系统的环境变量。

2.1.操作系统的环境变量

操作系统中，与java相关的重要的系统环境变量，你知道有哪些吗？
初学java的时候，最害怕是配置环境变量了，关键是不理解，只能战战兢兢地照着书籍上或者是网络上的介绍进行操作。太不照顾新手了，很多菜鸟就是因为卡在环境变量的配置上，遭受了太多的挫败感。

java相关的环境变量的配置，主要有3个：
JAVA_HOME、PATH、CLASSPATH
具体的配置方式，与操作系统相关。在Windows下编程时，可以通过系统属性的环境变量界面，配置以上的三个环境变量。
下面介绍一下三个环境变量的含义。

一：JAVA_HOME

指的是你JDK安装的位置，一般默认安装在C盘，如：

C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131

二：PATH

PATH变量，是系统之前就已经一直存在和一直使用的。是系统指令和命令的搜索路径。设置PATH变量的方法是：
PATH=%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin;%PATH%;

在原来的PATH路径上添加JDK目录下的bin目录和jre目录的bin。将Java的bin 路径包含在PATH当中后，在命令行窗口就可以直接键入Java命令的名字了，而不再需要键入它的全路径。比如编译java源文件的javac命令，和执行字节码的java命令。

如果没有将Java的bin路径加入到path中，执行javac命令的方法如下：

C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_91\bin\javac  test.java

设置了设置PATH变量之后，执行javac命令的方法如下：

javac  test.java

三：CLASSPATH

CLASSPATH是指向jar包路径和class类路径。
一个配置的例子如下：

CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%\lib;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar

需要注意的是前面的. 点号，代表可以在当前目录搜索java 类文件。

以上的三个Java 系统的环境变量，都与Java的类加载器密切相关。Java语言系统自带有三个类加载器，具体如下图:

2.2.Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）

Bootstrap ClassLoader是最顶层加载器，主要加载核心类库，%java.home%\lib下的rt.jar、charsets.jar和class等。

注意，这里的 %java.home% 不是JAVA_HOME环境变量，但是与JAVA_HOME环境变量的值相关。有很多文章介绍到这里的时候，将 %java.home% 与JAVA_HOME搞混淆了。
专门澄清一下：

%java.home% 指的是JAVA语言运行时的系统属性java.home；JAVA_HOME环境变量，指的是JDK在操作系统中的路径。

通过下面的语句可以获得%java.home% 其值：

    private static void showjavahome()
  {
      String javahome = System.getProperty("java.home");
      Logger.info("javahome = " + javahome);
    }

返回的结果是：

javahome = C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre

对比一下，而前一个小节，我们设置的JAVA_HOME环境变量的值为：

C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131

所以，两者是不一样的。Bootstrap ClassLoader（启动类加载器）加载的类列表清单，保存在系统属性%sun.boot.class.path% 中，通过获取系统属性的值，可以查看。
代码如下：

private static void showbootpath()
{
 String path = System.getProperty("sun.boot.class.path");
  Logger.info("sun.boot.class.path = " + path);
}

结果如下：

sun.boot.class.path =  C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\resources.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\rt.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\sunrsasign.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\jsse.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\jce.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\charsets.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\jfr.jar;
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\classes

通过结果可以看出，系统属性%sun.boot.class.path%中的jar包和类路径，都处于系统属性%java.home% 下。

另外需要注意的是：可以通过启动jvm时指定一个参数选项，来改变Bootstrap ClassLoader的加载目录。这个参数选项为 -Xbootclasspath。
例如:

被指定的文件追加到默认的bootstrap路径中。

Bootstrap ClassLoader是由C/C++编写的，它本身是虚拟机的一部分，所以它并不是一个JAVA类，也就是无法在java代码中获取它的引用，JVM启动时通过Bootstrap类加载器加载rt.jar等核心jar包中的class文件，比如int.class，String.class都是由它加载。

2.3.Extention ClassLoader （扩展类加载器）

Extention ClassLoader （扩展的类加载器），加载系统属性%java.ext.dirs%目录下的jar包和class文件。

Extention ClassLoader （扩展的类加载器）加载的类列表清单，保存在系统属性%java.ext.dirs% 中，通过获取该系统属性的值，可以查看。
代码如下：

  private static void showextpath()
     {
   String path = System.getProperty("java.ext.dirs");
  Logger.info("java.ext.dirs = " + path);
}

返回的结果如下：

java.ext.dirs =
C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_131\jre\lib\ext;
C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext

另外需要注意的是：还可以加载-D java.ext.dirs选项指定的目录。

2.4. Appclass Loader（应用类加载器）

与前面两个不同，Appclass Loader 是应用程序的类加载器。Bootstrap ClassLoader 和 Extention ClassLoader，主要是用于虚拟机的系统类加载。

Appclass Loader（应用类加载器）的作用，加载当前应用类路径classpath的所有类。

应用类加载器，也称为SystemAppClass （系统应用类加载器）。

Appclass Loader（应用类加载器）加载的类列表清单，保存在系统属性%java.class.path % 中，通过获取该系统属性的值，可以查看。
代码如下：

 private static void showclasspath()     {
   String path = System.getProperty("java.class.path");
    Logger.info("java.class.path = " + path);
  }

返回的结果如下：

回顾一下前面设置的操作系统下的环境变量CLASSPATH，如下：

CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%\lib;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar

对比之后，发现有点不对。上面输出的系统属性%java.class.path%的值，与配置的CLASSPATH值不一致，原因是什么呢？
因为我们这里使用了开发工具IntelliJ IDEA，在工程中重新配置了依赖包，相当于将系统属性%java.class.path%的值，重新配置了一下。
具体如下图：

2.5.加载器启动次序

前面介绍了的3个类加载器，通过启动JVM启动Java程序的时候，怎样知道具体哪个先行启动呢？

这里，可以先揭晓答案：

1.  Bootstrap CLassLoader  


2.  Extention ClassLoader  


3.  AppClassLoader

再啰嗦一句：BootstrapClassLoader、ExtClassLoader、AppClassLoader通过查阅相应的系统属性sun.boot.class.path、java.ext.dirs和java.class.path来加载资源文件的。

2.6.阅读源码，查看加载器启动顺序

三大加载器的启动顺序，可以通过阅读源码来查看。

JVM在启动是，会执行sun.misc.Launcher 类。在该类中，创建一个Extention ClassLoader 扩展类加载器，和一个应用类加载器AppClassLoader。
源码如下：

public class Launcher {
    private static Launcher launcher = new Launcher();
    private static String bootClassPath =
        System.getProperty("sun.boot.class.path");

    private ClassLoader loader;

    public Launcher() {
        // 创建Extention ClassLoader 扩展类加载器
        ClassLoader extcl;
        try {
            extcl = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create extension class loader"， e);
        }

        // 创建应用类加载器AppClassLoader
        try {
            loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(extcl);
        } catch (IOException e) {
            throw new InternalError(
                "Could not create application class loader"， e);
        }

   .....
}
}

在上面的代码中，看到了扩展类加载器和应用类加载器的启动，没有看到Bootstrap Loader的启动。
为什么呢？
从启动次序来说，Bootstrap Loader作为jvm核心的核心，加载位于%java.home% 清单中的JVM 的绝对核心和基础的类，毫无疑问，绝对是首先启动的。由于它是基础加载器，大多数版本jvm的bootstrap loader都不是java实现，或者不是纯java的实现。理论上，Bootstrap ClassLoader 不应该叫他是一个java类。因为，它已经完全不用java实现了。Bootstrap ClassLoader是在jvm启动时，就被构造起来的，负责java平台核心库。

所以，在sun.misc.Launcher 类中，看不到Bootstrap Loader的启动。

完整的三大加载器的启动顺序如下：
1、开始执行java命令后，首先寻找jre目录，寻找jvm.dll，并初始化JVM；
2、产生一个Bootstrap Loader（启动类加载器）；
3、创建Extended Loader（标准扩展类加载器）；
4、创建AppClass Loader（系统类加载器），并将其父加载器（parent loader）设为Extended Loader。

这里讲到了父加载器，这是一种加载器之间的重要的关系——加载器之间的层次关系。

JVM初始化sun.misc.Launcher并创建Extension ClassLoader和AppClassLoader实例。并将ExtClassLoader设置为AppClassLoader的父加载器。

Bootstrap没有父加载器，而且它是祖宗，它是作为所有父加载器为空的加载器的父加载器。

呵呵，捋一捋，这句话是不是很绕。

后文中，将对这种层次关系，展开进行详细解读。

2.7.本节小结

上面简单介绍了3个ClassLoader。说明了它们加载的路径。

并且还提到了-Xbootclasspath和-D java.ext.dirs这两个虚拟机参数选项。

上面也介绍了三大加载器之间的启动顺序。为后面介绍加载器之间的层次关系，打下了一个铺垫。

本节的代码的类为：SysPropertiesShow.java，

所在的路径为：com.crazymakercircle.classLoaderDemo.base

源码：

代码工程: classLoaderDemo.zip

下载地址：在疯狂创客圈QQ群文件共享。

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6. 基础案例：自定义一个网络类加载器

7. 中级案例：设计一个加密的自定义网络加载器

8. 高级案例1：使用ASM技术，结合类加载器，解密AOP原理

9. 高级案例2：上下文加载器原理和案例

内容总结

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