java之classloader (2)

這篇文章將比較深入的介紹java類載入原理和過程，雖然很多情況你都不需要瞭解類載入的過程，但是如果你希望瞭解java是如何工作的，或者希望定義自己的類載入器，就一定要瞭解類載入的過程，當然，無論你是否要
參與類載入過程，瞭解這個過程對你都會有很大的協助。本文希望通過一步一步的分析來說明類載入的過程，希望這種分析方法也會對你有某些協助。本文使用的JDK是sun的jdk_1.4.2版本，當然這裡重在闡述原理，和JDK本身沒有多大的關係。這篇文章試圖解決下面一些問題： 類載入原理
引導類載入器，擴充類載入器和系統類別載入器
如果知道某個類是哪個類載入器載入的
如果得到系統類別載入器載入了那些類

 

首先我們要分析類載入原理，java中預設有三種類載入器： 引導類載入器，擴充類載入器，系統類別載入器(也叫應用類載入器)

 

引導類載入器負責載入jdk中的系統類別，這種類載入器都是用c語言實現的，在java程式中沒有辦法獲得這個類載入器，對於java程式是一個概念而已，基本上不用考慮它的存在，像String,Integer這樣的類都是由引導類載入器載入器的.擴充類載入器負責載入標準擴充類，一般使用java實現，這是一個真正的java類載入器，負責載入jre/lib/ext中的類，和普通的類載入器一樣，其實這個類載入器對我們來說也不是很重要，我們可以通過java程式獲得這個類載入器。系統類別載入器，載入第一個應用類的載入器(其實這個定義並不準確,下面你將會看到)，也就是執行java MainClass 時載入MainClass的載入器，這個載入器使用java實現，使用的很廣泛，負責載入classpath中指定的類。類載入器之間有一定的關係(父子關係)，我們可以認為擴充類載入器的父載入器是引導類載入器(當然不這樣認為也是可以的，因為引導類載入器表現
在java中就是一個null),不過系統類別載入器的父載入器一定是擴充類載入器，類載入器在載入類的時候會先給父載入器一個機會，只有父載入器無法載入
時才會自己去載入。我們無法獲得引導類載入器，因為它是使用c實現的，而且使用引導類載入器載入的類通過getClassLoader方法返回的是null.所以
無法直接操作引導類載入器，但是我們可以根據Class.getClassLoader方法是否為null判斷這個類是不是引導類載入器載入的，可以通過
下面的方法獲得引導類載入器載入的類路徑(每個jar包或者檔案夾對應了一個URL);sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()你可以直接在你的main函數中輸出就可以了Java代碼

1. System.out.println(java.util.Arrays.asList(sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()).toString());  
   

System.out.println(java.util.Arrays.asList(sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs()).toString());

 

得到的結果是：

 

其實我們是可以指定引導類載入器的類路徑的，java提供了一個-Xbootclasspath參數，不過這個參數不是標準參數。java -Xbootclasspath: 運行時指定引導類載入器的載入路徑(jar檔案或者目錄)java -Xbootclasspath/p:和上面的相同，不過把這個路徑放到原來的路徑前面java -Xbootclasspath/a:這個就是在原引導類路徑後面添加類路徑。上面我們有提過載入第一個應用類未必就是系統載入器。如果我把這個應用類的路徑放到引導類路徑中，它將會被引導類載入器載入，大致這樣
java -Xbootclasspath/a:myjar.jar MainClass
如果MainClass在myjar.jar中,那麼這個類將會被引導類載入器載入。如果希望看詳情，使用-verbose參數，為了看的更清楚，使用重新導向，大致為(windows下)：
java -verbose -Xbootclasspath/a:myjar.jar MainClass -> C:/out.txt
通過這個參數我們可以實現自己的系統類別，比如替換掉java.lang.Object的實現，自己可以擴充
一些方法，不過這樣做似乎沒有好處，因為那就不是標準了。我們最關心的還是系統類別載入器，一般都認為系統類別載入器是載入應用程式第一個類的載入器，
也就是java
MainClass命令中載入MainClass的類載入器，這種說法雖然不是很嚴謹，但基本上還是可以這樣認為的，因為我們很少會改變引導類載入器和擴
展類載入器的預設行為。應該說系統類別載入器負責載入classpath路徑中的而且沒有被擴充類載入器載入的類(當然也包括引導類載入器載入的)。如果
classpath中有這個類，但是這個類也在擴充類載入器的類路徑，那麼系統類別載入器將沒有機會載入它。我們很少改變擴充類載入器的行為，所以一般你自己定義的類都是系統類別載入器載入器的。
獲得系統類別載入器非常簡單，假設MyClass是你定義的一個類
MyClass.class.getClassLoader()返回的就是系統類別載入器，當然這種方法無法保證絕對正確，我們可以使用更簡單而且一定正確的方式：Java代碼

1. ClassLoader.getSystemClassLoader(); 
   //獲得系統類別載入器。
     
   

ClassLoader.getSystemClassLoader(); //獲得系統類別載入器。

 

我們知道ClassLoader是一個抽象類別，所以系統類別載入器肯定是ClassLoader的一個子類實現。我們來看看它是什麼Java代碼

1. ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass(); 
   //結果是class sun.misc.Lancher$AppClassLoader
     
   

ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass(); //結果是class sun.misc.Lancher$AppClassLoader

 

　可以看出這是sun的一個實現，從名字可以看出是一個內部類，目前我也沒有看到這個原始碼，似乎還不是很清晰：
我們在看看它的父類是什麼：Java代碼

1. ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass().getSuperclass();   
   

ClassLoader.getSystemClassLoader().getClass().getSuperclass(); 

 

結果是：class java.net.URLClassLoader , 這個是j2se的標準類，它的父類是SecureClassLoader,而SecureClassLoader是繼承ClassLoader的。現在整個關係應該很清楚，我們會看到幾乎所有的ClassLoader實現都是繼承URLClassLoader的。
因為系統類別載入器是非常重要的，而且是我們可以直接控制的，所以我們後面還會介紹，不過先來看一下擴充類
載入器以及它們之間的關係。
擴充類載入器似乎是一個不起眼的角色，它負責載入java的標準擴充(jre/lib/ext目錄下的所有jar)，它其實就是一個普通的載入器，看得見摸得著的。首先的問題是怎麼知道擴充類載入器在哪裡?
的確沒有直接途徑獲得擴充類載入器，但是我們知道它是系統類別載入器的父載入器，我們已經很容易的獲得系統類別載入器了，所以我們可以間接的獲得擴充類載入器：

 

Java代碼

1. ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass();   
   

ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass(); 

 

其實是通過系統類別載入器間接的獲得了擴充類載入器，看看是什麼東西：結果是：class sun.misc.Launcher$ExtClassLoader這個類和系統類別載入器一樣是一個內部類，而且定義在同一個類中。
同樣看看它的父類是什麼：Java代碼

1. ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass().getSuperclass();   
   

ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent().getClass().getSuperclass(); 

 

可以看出結果也是class java.net.URLClassLoader
擴充類載入jre/lib/ext目錄下的所有類，包括jar,目錄下的所有類(目錄名不一定要classes).
現在可以回答上面的問題了，你寫一個HelloWorld，放到jre/lib/ext/下的某個目錄
比如 jre/lib/ext/myclass/HelloWorld.class
然後在你classpath也設定一份到這個類的路徑，結果執行java HelloWorld時，這個類是被擴充類載入器載入器的，可以這樣證明Java代碼

1. public
    
   static
    
   void
    main(String[] args){  
   
2.     System.out.println("loaded by"
   +HelloWorld.
   class
   .getClassLoader().getClass());  
   
3.     System.out.println("Hello World"
   );  
   
4. }  

public static void main(String[] args){System.out.println("loaded by"+HelloWorld.class.getClassLoader().getClass());System.out.println("Hello World");}

 

結果可以得到class sun.misc.Launcher$ExtClassLoader當然如果你把jre/lib/ext下myclass這個目錄刪除，仍然可以運行，但是這樣結果是
class sun.misc.Lancher$AppClassLoader如果你不知道這個過程的話，假設在你擴充類路徑下有一份classpath中的拷貝，或者是比較低的版本，當你使用新的版本時會發現沒有起作
用，知道這個過程你就不會覺得奇怪了。另外就是兩個不同的類載入器是可以載入一個同名的類的，也就是說雖然擴充類載入器載入了某個類，系統類別載入器是可以
載入自己的版本的，
但是現有的實現都沒有這樣做，ClassLoader中的方法是會請求父類載入器先載入的，如果你自己定義類載入器完全可以修改這種預設行為，甚至可以讓
他沒有父載入器。
這裡給出一個方法如何獲得擴充類載入器載入的路徑： Java代碼

1. String path=System.getProperty(
   "java.ext.dirs"
   );  
   
2.    File dir=new
    File(path);  
   
3.    if
   (!dir.exists()||!dir.isDirectory()){  
   
4.        return
    Collections.EMPTY_LIST;  
   
5.    }  
6.    File[] jars=dir.listFiles();  
7.    URL[] urls=new
    URL[jars.length];  
   
8.    for
   (
   int
    i=
   0
   ;i<jars.length;i++){  
   
9.        urls[i]=sun.misc.URLClassPath.pathToURLs(jars[i].getAbsolutePath())[0
   ];  
   
10.    }  
11.    return
     Arrays.asList(urls);  
    

 　　　　String path=System.getProperty("java.ext.dirs");        File dir=new File(path);        if(!dir.exists()||!dir.isDirectory()){            return Collections.EMPTY_LIST;        }        File[] jars=dir.listFiles();        URL[] urls=new URL[jars.length];        for(int i=0;i<jars.length;i++){            urls[i]=sun.misc.URLClassPath.pathToURLs(jars[i].getAbsolutePath())[0];        }        return Arrays.asList(urls);

 

對於擴充類載入器我們基本上不會去關心，也很少把你自己的jar放到擴充路徑，大部分情況下我們都感覺不到它的存在，當然如果你一定要放到這個目錄下，一定要知道這個過程，它會優先於classpath中的類。現在我們應該很清楚知道某個類是哪個載入器載入的，並且知道為什麼是它載入的，如果要在運行時獲得某個類的類載入器，直接使用Class的getClassLoader()方法就可以了。
使用者定義的類一般都是系統類別載入器載入的,我們很少直接使用類載入器載入類,我們甚至很少自己載入類。
因為類在使用時會被自動載入，我們用到某個類時該類會被自動載入,比如new A()會導致類A自動被載入，不過這種載入只發生一次。我們也可以使用系統類別載入器手動載入類,ClassLoader提供了這個介面Java代碼

1. ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass(
   "classFullName"
   );   
   

ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("classFullName"); 

 

這就很明確的指定了使用系統類別載入器載入指定的類,但是如果該類能夠被擴充類載入器載入,系統類別載入器還是不會有機會的。我們最常用的還是使用Class.forName載入使用的類，這種方式沒有指定某個特定的ClassLoader,會使用調用類的ClassLoader。
也就是說調用這個方法的類的類載入器將會用於載入這個類。比如在類A中使用Class.forName載入類B,那麼載入類A的類載入器將會用於載入類B,這樣兩個類的類載入器是同一個。最後討論一下如何獲得某個類載入器載入了哪些類，這個似乎有一定的使用價值，可以看出哪些類被載入了。其實這個也不是很難，因為ClassLoader中有一個classes成員變數就是用來儲存類載入器載入的類列表，而且有一個方法Java代碼

1. void
    addClass(Class c) { classes.addElement(c);}   
   

void addClass(Class c) { classes.addElement(c);} 

 

這個方法被JVM調用。
我們只要利用反射獲得classes這個值就可以了,不過classes聲明為private的,我們需要修改它的存取權限(沒有安全管理器時很容易做到)Java代碼

1. classes = ClassLoader.
   class
   .getDeclaredField(
   "classes"
   );  
   
2. classes.setAccessible(true
   );  
   
3. List ret=(List) classes.get(cl); //classes是一個Vector
     
   

classes = ClassLoader.class.getDeclaredField("classes");classes.setAccessible(true);List ret=(List) classes.get(cl); //classes是一個Vector

 

可惜的是對於引導類載入器沒有辦法獲得載入的類，因為它是c實現的,在java中很難控制了。