1.1.1.4 類加載器(ClassLoader)

　　1.1.1.4.1 基礎(chǔ)知識

　　靜態(tài)庫、動態(tài)連接庫

　　程序編制一般需經(jīng)編輯、編譯、連接、加載和運(yùn)行幾個步驟。在我們的應(yīng)用中，有一些公共代碼是需要反復(fù)使用，就把這些代碼編譯為“庫”文件;在連接步驟中，連接器將從庫文件取得所需的代碼，復(fù)制到生成的可執(zhí)行文件中。這種庫稱為靜態(tài)庫，其特點(diǎn)是可執(zhí)行文件中包含了庫代碼的一份完整拷貝;缺點(diǎn)就是被多次使用就會有多份冗余拷貝。

　　為了克服這個缺點(diǎn)可以采用動態(tài)連接庫。這個時候連接器僅僅是在可執(zhí)行文件中打上標(biāo)志，說明需要使用哪些動態(tài)連接庫;當(dāng)運(yùn)行程序時，加載器根據(jù)這些標(biāo)志把所需的動態(tài)連接庫加載到內(nèi)存。

　　另外在當(dāng)前的編程環(huán)境中，一般都提供方法讓程序在運(yùn)行的時候把某個特定的動態(tài)連接庫加載并運(yùn)行，也可以將其卸載(例如Win32的LoadLibrary()&FreeLibrary()和Posix的dlopen()&dlclose())。這個功能被廣泛地用于在程序運(yùn)行時刻更新某些功能模塊或者是程序外觀。

　　What is ClassLoader?

　　與普通程序不同的是，Java程序(class文件)并不是本地的可執(zhí)行程序。當(dāng)運(yùn)行Java程序時，首先運(yùn)行JVM(Java虛擬機(jī))，然后再把Java class加載到JVM里頭運(yùn)行，負(fù)責(zé)加載Java class的這部分就叫做Class Loader。

　　JVM本身包含了一個ClassLoader稱為Bootstrap ClassLoader，和JVM一樣，Bootstrap ClassLoader是用本地代碼實(shí)現(xiàn)的，它負(fù)責(zé)加載核心Java Class(即所有java.*開頭的類)。另外JVM還會提供兩個ClassLoader，它們都是用Java語言編寫的，由Bootstrap ClassLoader加載;其中Extension ClassLoader負(fù)責(zé)加載擴(kuò)展的Java class(例如所有javax.*開頭的類和存放在JRE的ext目錄下的類)，Application ClassLoader負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序自身的類。

　　When to load the class?

　　什么時候JVM會使用ClassLoader加載一個類呢?當(dāng)你使用java去執(zhí)行一個類，JVM使用Application ClassLoader加載這個類;然后如果類A引用了類B，不管是直接引用還是用Class.forName()引用，JVM就會找到加載類A的ClassLoader，并用這個ClassLoader來加載類B。

　　Why use your own ClassLoader?

　　似乎JVM自身的ClassLoader已經(jīng)足夠了，為什么我們還需要創(chuàng)建自己的ClassLoader呢?

　　因?yàn)镴VM自帶的ClassLoader只是懂得從本地文件系統(tǒng)加載標(biāo)準(zhǔn)的java class文件，如果編寫你自己的ClassLoader，你可以做到：

　　1)在執(zhí)行非置信代碼之前，自動驗(yàn)證數(shù)字簽名

　　2)動態(tài)地創(chuàng)建符合用戶特定需要的定制化構(gòu)建類

　　3)從特定的場所取得java class，例如數(shù)據(jù)庫中

　　4) 等等

　　事實(shí)上當(dāng)使用Applet的時候，就用到了特定的ClassLoader，因?yàn)檫@時需要從網(wǎng)絡(luò)上加載java class，并且要檢查相關(guān)的安全信息。

　　目前的應(yīng)用服務(wù)器大都使用了ClassLoader技術(shù)，即使你不需要創(chuàng)建自己的ClassLoader，了解其原理也有助于更好地部署自己的應(yīng)用。

　　ClassLoader Tree & Delegation Model

　　當(dāng)你決定創(chuàng)建你自己的ClassLoader時，需要繼承java.lang.ClassLoader或者它的子類。在實(shí)例化每個ClassLoader對象時，需要指定一個父對象;如果沒有指定的話，系統(tǒng)自動指定ClassLoader.getSystemClassLoader()為父對象。如下圖：

　　在Java 1.2后，java class的加載采用所謂的委托模式(Delegation Modle)，當(dāng)調(diào)用一個ClassLoader.loadClass()加載一個類的時候，將遵循以下的步驟：

　　1)檢查這個類是否已經(jīng)被加載進(jìn)來了?

　　2)如果還沒有加載，調(diào)用父對象加載該類

　　3)如果父對象無法加載，調(diào)用本對象的findClass()取得這個類。

　　所以當(dāng)創(chuàng)建自己的Class Loader時，只需要重載findClass()這個方法。

　　Unloading? Reloading?

　　當(dāng)一個java class被加載到JVM之后，它有沒有可能被卸載呢?我們知道Win32有FreeLibrary()函數(shù)，Posix有dlclose()函數(shù)可以被調(diào)用來卸載指定的動態(tài)連接庫，但是Java并沒有提供一個UnloadClass()的方法來卸載指定的類。

　　在Java中，java class的卸載僅僅是一種對系統(tǒng)的優(yōu)化，有助于減少應(yīng)用對內(nèi)存的占用。既然是一種優(yōu)化方法，那么就完全是JVM自行決定如何實(shí)現(xiàn)，對Java開發(fā)人員來說是完全透明的。

　　在什么時候一個java class/interface會被卸載呢?Sun公司的原話是這么說的："class or interface may be unloaded if and only if its class loader is unreachable. Classes loaded by the bootstrap loader may not be unloaded."

　　事實(shí)上我們關(guān)心的不是如何卸載類的，我們關(guān)心的是如何更新已經(jīng)被加載了的類從而更新應(yīng)用的功能。JSP則是一個非常典型的例子，如果一個JSP文件被更改了，應(yīng)用服務(wù)器則需要把更改后的JSP重新編譯，然后加載新生成的類來響應(yīng)后繼的請求。

　　其實(shí)一個已經(jīng)加載的類是無法被更新的，如果你試圖用同一個ClassLoader再次加載同一個類，就會得到異常(java.lang.LinkageError: duplicate class definition)，我們只能夠重新創(chuàng)建一個新的ClassLoader實(shí)例來再次加載新類。至于原來已經(jīng)加載的類，開發(fā)人員不必去管它，因?yàn)樗�可能還有實(shí)例正在被使用，只要相關(guān)的實(shí)例都被內(nèi)存回收了，那么JVM就會在適當(dāng)?shù)臅r候把不會再使用的類卸載。

　　1.1.1.1.2 類加載的表現(xiàn)形式

　　java中的類是動態(tài)加載的，我們先看一下我們常用的類加載方式，先有一個感性的認(rèn)識，才能進(jìn)一步

　　深入討論,類加載無非就是下面三種方式。

　　class A{}

　　class B{}

　　class C{}

　　public class Loader{

　　public static void main(String[] args) throws Exception{

　　Class aa=A.class;

　　Class bb=Class.forName("B");

　　Class cc=ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("C");

　　}

　　}

　　我們先看.class字面量方式，很多人可能不知道這種方式，因?yàn)檫@種用法不是一般java語法。

　　通過javap我們可以發(fā)現(xiàn)，這種方式的大致等價于定義了一個靜態(tài)成員變量

　　static Class class$0;(后面的編號是增長的)

　　你可以試圖再定義一個 static Class class$0,應(yīng)該會收到一個編譯錯誤(重復(fù)定義)。

　　Class aa=A.class;

　　就相當(dāng)于

　　if(class$0==null){

　　try{

　　Class.forName("A");

　　}

　　cacth(ClassNotFoundException e){

　　throw new NoClassDefFoundError(e);

　　}

　　}

　　Class aa=class$0;

　　可以很清楚的看到，這種類的字面量定義其實(shí)不是加載類的方式，而是被編譯器處理了，實(shí)質(zhì)

　　上是使用了Class.forName方法，但是使用這種方式有一個很大的好處就是不用處理異常，因?yàn)?/P>

　　編譯器處理的時候如果找不到類會拋出一個NoClassDefFoundError。也許你覺得需要處理

　　ClassNotFoundException這種異常，事實(shí)上99%的情況下我們可以把這種異常認(rèn)為是一個錯誤。

　　所以大部分情況我們使用這種方式會更簡潔。

　　最常用的方式就是Class.forName方式了，這也是一個通用的上層調(diào)用。這個方法有兩個重載，

　　可能很多人都忽略了第二個方法。

　　public static Class forName(String name) throws ClassNotFoundException

　　public static Class forName(String name, boolean initialize,ClassLoader loader) throws ClassNotFoundException

　　第二個方法后面多了兩個參數(shù)，第二個參數(shù)表示是否初始化，第三個參數(shù)為指定的類加載器。

　　在上面的例子中：

　　Class bb=Class.forName("B");等價于

　　Class bb=Class.forName("B",true,Loader.class.getClassLoader());

　　這里要詳細(xì)說一下這個類的初始化這個參數(shù),如果這個參數(shù)為false的話，

　　類中的static成員不會被初始化，static語句塊也不會被執(zhí)行。

　　也就是類雖然被加載了，但是沒有被初始化，不過在第一次使用時仍然會初始化。

　　所以我們有時候會看到Class.forName("XXX").newInstance()這樣的語句，為什么這里要創(chuàng)建一個

　　不用的實(shí)例呢?不過是為了保證類被初始化(兼容以前的系統(tǒng))。

　　其實(shí)第二個方法是比較難用的，需要指定類加載器，如果不指定而且又沒有安裝安全管理器的化，

　　是無法加載類的，只要看一下具體的實(shí)現(xiàn)就明白了。

　　最本質(zhì)的方式當(dāng)然是直接使用ClassLoader加載了，所有的類最終都是通過ClassLoader加載的，

　　Class cc=ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("C");

　　這里通過使用系統(tǒng)類加載器來加載某個類，很直接的方式，但是很遺憾的是通過這種方式加載類，

　　類是沒有被初始化的(也就是初始化被延遲到真正使用的時候).不過我們也可以借鑒上面的經(jīng)驗(yàn)，加載

　　后實(shí)例化一個對象Class cc=ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("C").newInstance()。

　　這里使用了系統(tǒng)類加載器，也是最常用的類加載器，從classpath中尋找要加載的類。

　　java中默認(rèn)有三種類加載器：引導(dǎo)類加載器，擴(kuò)展類加載器，系統(tǒng)類加載器。

　　java中的類加載有著規(guī)范的層次結(jié)構(gòu)，如果我們要了解類加載的過程，需要明確知道哪個類被誰

　　加載，某個類加載器加載了哪些類等等，就需要深入理解ClassLoader的本質(zhì)。

　　以上只是類加載的表面的東西，我們還將討論深層次的東西。

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