Java中ClassLoader原理简介

一、什么是ClassLoader?

一个完整的Java应用程序由若干个.class文件组织而成。当程序在运行时，会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能，而这些功能都被封装在不同的class文件中，所以经常要从这个class文件中调用另外一个class文件中的方法。而程序在启动的时候，并不会一次性加载程序所要用的所有class文件，而是根据程序的需要，通过java的类加载机制（ClassLoader）来动态加载某个class文件到内存当中的，从而只有class文件被载入到了内存之后，才能被其它class所引用。所以ClassLoader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。

二、Java默认提供的三个ClassLoader

1.BootStrap ClassLoader：称为启动类加载器，是Java类加载层次中最顶层的类加载器，负责加载JDK中的核心类库，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等。

可通过如下程序获得Bootstrap ClassLoader类加载器从哪些地方加载了相关的jar或class文件

package classLoader_demo;

import java.net.URL;

public class Main_cld {

	public static void main(String[] args) {
		URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();  
        for(int i=0; i < urls.length; i++){  
            System.out.println(urls[i].toExternalForm());  
        }         
        System.out.println("----- 分隔符------");        
        System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path")); 
	}

}

备注：上述代码有时会提示访问限制错误

解决方法：将项目中的JRE System Library删除后再重新加载。

2.Extension ClassLoader：称为扩展类加载器，负责加载Java的扩展类库，默认加载JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。

3.App ClassLoader：称为系统类加载器，负责加载应用程序classpath目录下的所有jar和class文件。

三、ClassLoader加载类的原理

  ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的，每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用（不是继承的关系，是一个包含的关系），虚拟机内置的类加载器（Bootstrap ClassLoader）本身没有父类加载器，但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个类时，它会试图亲自搜索某个类之前，先把这个任务委托给它的父类加载器，这个过程是由上至下依次检查的，首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载，如果没加载到，则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载，如果也没加载到，则转交给App ClassLoader 进行加载，如果它也没有加载得到的话，则返回给委托的发起者，由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时，则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义，并将它加载到内存当中，最后返回这个类在内存中的Class实例对象。

Java中ClassLoader的加载采用了双亲委托机制，采用双亲委托机制加载类的时候采用如下的几个步骤：

①当前ClassLoader首先从自己已经加载的类中查询是否此类已经加载，如果已经加载则直接返回原来已经加载的类。

②当前classLoader的缓存中没有找到被加载的类的时候，委托父类加载器去加载，父类加载器采用同样的策略，首先查看自己的缓存，然后委托父类的父类去加载，一直到bootstrp ClassLoader.

③当所有的父类加载器都没有加载的时候，再由当前的类加载器加载，并将其放入它自己的缓存中，以便下次有加载请求的时候直接返回。

  说到这里大家可能会想，Java为什么要采用这样的委托机制？理解这个问题，我们引入另外一个关于Classloader的概念“命名空间”，它是指要确定某一个类，需要类的全限定名以及加载此类的ClassLoader来共同确定。也就是说即使两个类的全限定名是相同的，但是因为不同的 ClassLoader加载了此类，那么在JVM中它是不同的类。明白了命名空间以后，我们再来看看委托模型。采用了委托模型以后加大了不同的 ClassLoader的交互能力，比如上面说的，我们JDK本生提供的类库，比如hashmap,linkedlist等等，这些类由bootstrp 类加载器加载了以后，无论你程序中有多少个类加载器，那么这些类其实都是可以共享的，这样就避免了不同的类加载器加载了同样名字的不同类以后造成混乱。

四、不遵循“双亲委托机制”的场景

双亲委托机制主要是为了实现不同的ClassLoader之间加载的类的交互问题，被大家公认的类就由父加载器去加载。

下面我们就来说说这种情况的发生。

Java中有一个SPI(Service Provider Interface)标准,使用了SPI的库，比如JDBC，JNDI等，我们都知道JDBC需要第三方提供的驱动才可以，而驱动的jar包是放在我们应 用程序本身的classpath的，而jdbc 本身的api是jdk提供的一部分，它已经被bootstrp加载了，那第三方厂商提供的实现类怎么加载呢？这里面JAVA引入了线程上下文类加载的概 念，线程类加载器默认会从父线程继承，如果没有指定的话，默认就是系统类加载器（AppClassLoader）,这样的话当加载第三方驱动的时候，就可 以通过线程的上下文类加载器来加载。

JNDI（java naming and directory interface，Java命名和目录接口）一组在Java应用中访问命名和目录服务的API，是SUN公司提供的一种标准的Java命名系统接口。

JDBC（java database connecive，java数据库连接）是一组专门负责连接并操作数据库的标准。

JDBC的操作步骤

①加载数据库驱动程序，加载的时候需要将驱动程序配置到classpath中。

②连接数据库，通过Connection接口和DriverManager类完成。

③操作数据库，通过Statement、PreparedStatement、ResultSet三个接口完成。

④关闭数据库，在实际开发中数据库资源非常有限，操作完之后必须关闭。

参考：http://090508tanjie.iteye.com/blog/2318771