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    深入研究Java类加载机制

    技术2023-03-28  35
    类加载是Java程序运行的第一步，研究类的加载有助于了解JVM执行过程，并指导开发者采取更有效的措施配合程序执行。 研究类加载机制的第二个目的是让程序能动态的控制类加载，比如热部署等，提高程序的灵活性和适应性。   一、简单过程   Java程序运行的场所是内存，当在命令行下执行： java HelloWorld 命令的时候，JVM会将HelloWorld.class加载到内存中，并形成一个Class的对象HelloWorld.class。 其中的过程就是类加载过程： 1、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、Bootstrap Loader自动加载Extended Loader（标准扩展类加载器），并将其父Loader设为Bootstrap Loader。 4、Bootstrap Loader自动加载AppClass Loader（系统类加载器），并将其父Loader设为Extended Loader。 5、最后由AppClass Loader加载HelloWorld类。   以上就是类加载的最一般的过程。   二、类加载器各自搜索的目录   为了弄清楚这个问题，首先还要看看System类的API doc文档。     键 相关值的描述 java.versionJava 运行时环境版本java.vendorJava 运行时环境供应商java.vendor.urlJava 供应商的 URLjava.homeJava 安装目录java.vm.specification.versionJava 虚拟机规范版本java.vm.specification.vendorJava 虚拟机规范供应商java.vm.specification.nameJava 虚拟机规范名称java.vm.versionJava 虚拟机实现版本java.vm.vendorJava 虚拟机实现供应商java.vm.nameJava 虚拟机实现名称java.specification.versionJava 运行时环境规范版本java.specification.vendorJava 运行时环境规范供应商java.specification.nameJava 运行时环境规范名称java.class.versionJava 类格式版本号java.class.pathJava 类路径java.library.path加载库时搜索的路径列表java.io.tmpdir默认的临时文件路径java.compiler要使用的 JIT 编译器的名称java.ext.dirs一个或多个扩展目录的路径os.name操作系统的名称os.arch操作系统的架构os.version操作系统的版本file.separator文件分隔符（在 UNIX 系统中是“/”）path.separator路径分隔符（在 UNIX 系统中是“:”）line.separator行分隔符（在 UNIX 系统中是“/n”）user.name用户的账户名称user.home用户的主目录user.dir用户的当前工作目录   可惜这个帮助文档并不全，直接用程序打印出来如下：                  for (Map.Entry<Object, Object> entry : System.getProperties().entrySet()) {                         System.out.println(entry.getKey()+ "/t"+entry.getValue());                 }   java.runtime.nameJava(TM) SE Runtime Environmentsun.boot.library.pathQ:/jdk6/jre/binjava.vm.version14.0-b16java.vm.vendorSun Microsystems Inc.java.vendor.urlhttp://java.sun.com/path.separator;idea.launcher.port7532java.vm.nameJava HotSpot(TM) Client VMfile.encoding.pkgsun.iosun.java.launcherSUN_STANDARDuser.countryCNsun.os.patch.levelService Pack 3java.vm.specification.nameJava Virtual Machine Specificationuser.dirE:/projects/testScannerjava.runtime.version1.6.0_14-b08java.awt.graphicsenvsun.awt.Win32GraphicsEnvironmentjava.endorsed.dirsQ:/jdk6/jre/lib/endorsedos.archx86java.io.tmpdirC:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/line.separator　java.vm.specification.vendorSun Microsystems Inc.user.variant　os.nameWindows XPsun.jnu.encodingGBKjava.library.pathQ:/jdk6/bin;.;C:/WINDOWS/Sun/Java/bin;C:/WINDOWS/system32;C:/WINDOWS;Q:/jdk6/bin;Q:/JavaFX/javafx-sdk1.2/bin;Q:/JavaFX/javafx-sdk1.2/emulator/bin;C:/WINDOWS/system32;C:/WINDOWS;C:/WINDOWS/System32/Wbem;C:/MySQL Server 5.1/bin;C:/Program Files/StormII/Codec;C:/Program Files/StormIIjava.specification.nameJava Platform API Specificationjava.class.version50sun.management.compilerHotSpot Client Compileros.version5.1user.homed:/我的文档user.timezone　java.awt.printerjobsun.awt.windows.WPrinterJobidea.launcher.bin.pathC:/IDEA8/binfile.encodingUTF-8java.specification.version1.6java.class.pathQ:/jdk6/jre/lib/alt-rt.jar;Q:/jdk6/jre/lib/charsets.jar;Q:/jdk6/jre/lib/deploy.jar;Q:/jdk6/jre/lib/javaws.jar;Q:/jdk6/jre/lib/jce.jar;Q:/jdk6/jre/lib/jsse.jar;Q:/jdk6/jre/lib/management-agent.jar;Q:/jdk6/jre/lib/plugin.jar;Q:/jdk6/jre/lib/resources.jar;Q:/jdk6/jre/lib/rt.jar;Q:/jdk6/jre/lib/ext/dnsns.jar;Q:/jdk6/jre/lib/ext/localedata.jar;Q:/jdk6/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar;Q:/jdk6/jre/lib/ext/sunmscapi.jar;Q:/jdk6/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar;E:/projects/testScanner/out/production/testScanner;C:/IDEA8/lib/idea_rt.jaruser.nameAdministratorjava.vm.specification.version1java.homeQ:/jdk6/jresun.arch.data.model32user.languagezhjava.specification.vendorSun Microsystems Inc.awt.toolkitsun.awt.windows.WToolkitjava.vm.infomixed mode, sharingjava.version1.6.0_14java.ext.dirsQ:/jdk6/jre/lib/ext;C:/WINDOWS/Sun/Java/lib/extsun.boot.class.pathQ:/jdk6/jre/lib/resources.jar;Q:/jdk6/jre/lib/rt.jar;Q:/jdk6/jre/lib/sunrsasign.jar;Q:/jdk6/jre/lib/jsse.jar;Q:/jdk6/jre/lib/jce.jar;Q:/jdk6/jre/lib/charsets.jar;Q:/jdk6/jre/classesjava.vendorSun Microsystems Inc.file.separator/java.vendor.url.bughttp://java.sun.com/cgi-bin/bugreport.cgisun.io.unicode.encodingUnicodeLittlesun.cpu.endianlittlesun.desktopwindowssun.cpu.isalist　   1、Bootstrap Loader（启动类加载器）：加载System.getProperty("sun.boot.class.path")所指定的路径或jar。 2、Extended Loader（标准扩展类加载器ExtClassLoader）：加载System.getProperty("java.ext.dirs")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时，也可以指定其搜索路径，例如：java -Djava.ext.dirs=d:/projects/testproj/classes HelloWorld   3、AppClass Loader（系统类加载器AppClassLoader）：加载System.getProperty("java.class.path")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时，也可以加上-cp来覆盖原有的Classpath设置，例如： java -cp ./lavasoft/classes HelloWorld   ExtClassLoader和AppClassLoader在JVM启动后，会在JVM中保存一份，并且在程序运行中无法改变其搜索路径。如果想在运行时从其他搜索路径加载类，就要产生新的类加载器。   三、类加载器的特点   1、运行一个程序时，总是由AppClass Loader（系统类加载器）开始加载指定的类。 2、在加载类时，每个类加载器会将加载任务上交给其父，如果其父找不到，再由自己去加载。 3、Bootstrap Loader（启动类加载器）是最顶级的类加载器了，其父加载器为null.   四、类加载器的获取   很容易，看下面例子 public class HelloWorld {          public static void main(String[] args) {                 HelloWorld hello = new HelloWorld();                 Class c = hello.getClass();                 ClassLoader loader = c.getClassLoader();                 System.out.println(loader);                 System.out.println(loader.getParent());                 System.out.println(loader.getParent().getParent());         } }   打印结果： sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1 null Process finished with exit code 0   从上面的结果可以看出，并没有获取到ExtClassLoader的父Loader，原因是Bootstrap Loader（启动类加载器）是用C语言实现的，找不到一个确定的返回父Loader的方式，于是就返回null。   五、类的加载   类加载有三种方式： 1、命令行启动应用时候由JVM初始化加载 2、通过Class.forName()方法动态加载 3、通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载   三种方式区别比较大，看个例子就明白了： public class HelloWorld {          public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {                 ClassLoader loader = HelloWorld. class.getClassLoader();                 System.out.println(loader);                  //使用ClassLoader.loadClass()来加载类，不会执行初始化块                 loader.loadClass( "Test2");                  //使用Class.forName()来加载类，默认会执行初始化块 //                Class.forName("Test2");                  //使用Class.forName()来加载类，并指定ClassLoader，初始化时不执行静态块 //                Class.forName("Test2", false, loader);         } }   public class Test2 {          static {                 System.out.println( "静态初始化块执行了！");         } }   分别切换加载方式，会有不同的输出结果。   六、自定义ClassLoader   为了说明问题，先看例子： package test; import java.net.MalformedURLException; import java.net.URL; import java.net.URLClassLoader; /** * 自定义ClassLoader * * @author leizhimin 2009-7-29 22:05:48 */ public class MyClassLoader {          public static void main(String[] args) throws MalformedURLException, ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {                 URL url = new URL( "file:/E://projects//testScanner//out//production//testScanner");                 ClassLoader myloader = new URLClassLoader( new URL[]{url});                 Class c = myloader.loadClass( "test.Test3");                 System.out.println( "----------");                 Test3 t3 = (Test3) c.newInstance();         } }   public class Test3 {          static {                 System.out.println( "Test3的静态初始化块执行了！");         } }   运行后： ---------- Test3的静态初始化块执行了！ Process finished with exit code 0   可以看出自定义了ClassLoader myloader = new URLClassLoader(new URL[]{url});已经成功将类Test3加载到内存了，并通过默认构造方法构造了对象Test3 t3 = (Test3) c.newInstance();   有关ClassLoader还有很重要一点： 同一个ClassLoader加载的类文件，只有一个Class实例。但是，如果同一个类文件被不同的ClassLoader载入，则会有两份不同的ClassLoader实例（前提是着两个类加载器不能用相同的父类加载器）。
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