jvm之classLoader 初探

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本文详细介绍了JVM中的类加载器（classLoader）概念及其工作原理，包括三种类型的类加载器：Bootstrap ClassLoader、Extend ClassLoader 和 App ClassLoader 的职责划分及加载路径。此外还探讨了类加载机制中的双亲委托机制及其特例情况。

jvm之classLoader

背景：

classLoader：类加载器。大家平时在开发工具编写的代码会保存为.java文件，然后使用工具(javac命令等)把.java文件编译为.class文件。classLoder是专门查找，加载和解析.class文件。

在JVM中有三种classLoader，这三种ClassLoader都是有层级关系，并且三种ClassLoader加载.class和文件目录是有分工的

JVM classLoader的分类

Ø 第一种:bootstrapClassLoader

bootstrapClassLoader，据说是jdk底层用C++实现的引导类加载器，它主要负责加载%JAVA_HOME%/jre/lib和-Xbootclasspath参数指定的路径以及%JAVA_HOME%/jre/classes中的类。比如rt.jar（包含了很多JSE中的api对应的class），在jvm运行时，如果通过class.getClassLoader方法返回null，则表示该类是被bootstrapClassLoader加载的

Ø 第二种：extendClassLoader

extendClassLoader， java实现的一个classLoader（具体实现是做为sun.misc.Launcher内部实现类extendClassLoader），主要加载%JAVA_HOME%/jre/lib/ext，此路径下的所有classes目录以及java.ext.dirs系统变量指定的路径中类库。比如dnsns.jar中的class

Ø 第三种：AppClassLoader

AppClassLoader，用java实现的一个ClassLoader（具体实现是做为sun.misc.Launcher内部实现类AppClassLoader），主要加载应用中的class，也就是程序员写的.java编译成的.class

ClassLoader的特点：

Ø classLoader加载机制是双亲委托机制，比如AppClassLoader要加载A.class，首先判断自己有没有加载过，如果没有加载过，则会委托父加载器也就是extendClassLoader进行加载，如果父类加载器返回null，不加载，则在用自己加载器

Ø 2、同一个classLoader实例，对每个class只有加载一次，不会重复加载，比如AppClassLoader加载了A.class，如果再调用AppClassLoader.loadClass方法加载A.class，则会返回自己缓存中已经加载过的A.class

打破classLoader的特性

classLoader的特点并不是一层不变，不能打破的。为了实现某些功能，或者为了实现某个业务不得不牺牲既定的规则，business firest，technology second。jvm也会打包既定的规则。

Ø 打破规则1双亲委托加载

大家知道java中定义了很多JNDI的接口，但是接口具体的实现却是由不同的厂家提供，这样就会出现个现象，因为JNDI的接口都是jdk提供的，也就是接口所在的class会被bootStrap加载，但是厂家的实现类，基本都放到了相应应用中，会被appClassLoader进行加载。JNDI接口在启动时，需要调用相应厂家的实现类，而这时会出现bootstrapClassLoader不能加载具体实现类（bootstrapClassLoader加载特点和路径决定了），为了解决这个问题，java设计团队提出了线程上下文类加载器（可以通过Thread.currentThread().getContextClassLoader()获得）。该加载器可以通过setContentClassLoader进行设置，如果没有设置过，则会使用父线程的classLoader，如果在应用程序都没有设置过，默认为appClassLoader。

有了线程上下文classLoader，就比较好实现此功能了，在加载JNDI接口的代码里，通过线程上下文ClassLoader拿到AppClassLoader，加载JNDI具体的实现类，也就是bootStrapClassLoader，会调用appClassLoader进行实现类的加载。通过这样打破了双亲委托加载

Ø 打破规则2 同一个类只会被classLoader加载一次。同一个类可以被classLoader多次加载到jvm中

热代码替换：比如A.class修改后，可以直接加载到jvm内存中。主要实现思路为A.class的加载由自定义实现的ClassLoader进行类加载，主要是自定义的ClassLoader继承ClassLoader，自己读取A.class的信息，然后调用defineClass方法，让jvm计算出该class的内存信息

图

具体java代码：

import java.util.Map;

public interface IConfig {

	public String getConfig(Map<String, String> params);
}

自定义classLoader

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class IConfigImplClassLoaderUtil {

	public IConfig getConfiObject(String classUrl){
		
		ClassLoader classLoader = new ClassLoader() {
			@Override
			protected Class<?> findClass(String className){
				System.out.println("==========findClass======");
				byte[] classBuffer = loadClassBuffer(className);
				return defineClass(null, classBuffer, 0, classBuffer.length);
			}
			
			private byte[] loadClassBuffer(String className) {
				return getClassBytesFromFile(className);
			};
			
			
			private byte[] getClassBytesFromFile(String className){
				ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
				FileInputStream fileInputStream = null;
				try {
					fileInputStream = new FileInputStream(className);
					byte[] buffer = new byte[1024];
					int length = -1;
					while((length = fileInputStream.read(buffer)) > -1){
						byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, length);
					}
					
				} catch (FileNotFoundException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				} catch (IOException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}finally{
					if(null != fileInputStream){
						try {
							fileInputStream.close();
						} catch (IOException e) {
							// TODO Auto-generated catch block
							e.printStackTrace();
						}
					}
				}
				return byteArrayOutputStream.toByteArray();
			}
		}; 
		try {
			Class wifiClass = classLoader.loadClass(classUrl);
			return (IConfig) wifiClass.newInstance();
		} catch (ClassNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (InstantiationException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} catch (IllegalAccessException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		return null;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		String classUrl = "D:\\TestConfig.class";
		IConfigImplClassLoaderUtil classLoaderUtil = new IConfigImplClassLoaderUtil();
		IConfig  wifiConfig = classLoaderUtil.getConfiObject(classUrl);
		Map<String, String> params = new HashMap<String, String>();
		params.put("param1", "jack_liu");
		params.put("valu1", "test1234567890");
		String result = wifiConfig.getConfig(params);
		System.out.println("result:" + result);
		//修改TestConfig.java，重新编译再把class放到D盘
		
		IConfig  wifiConfig1 = classLoaderUtil.getConfiObject(classUrl);
		result = wifiConfig1.getConfig(params);
		System.out.println("result:" + result);
		System.out.println(wifiConfig1 instanceof IConfig);
		System.out.println(wifiConfig1.getClass().getClassLoader());
		System.out.println(IConfig.class.getClassLoader());
		Thread.currentThread().getContextClassLoader();
	}
}

注意：如果需要实现上面的例子，需要实现Iconfig接口

参考资料：http://my.oschina.net/aminqiao/blog/262601#OSC_h1_7

《深入理解java 虚拟机》