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JVM中ClassLoader类加载器的深入理解

2024-04-02 19:55

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JVM的体系结构图

先来看一下JVM的体系结构，如下图：

JVM的位置

JVM的位置，如下图：

JVM是运行在操作系统之上的，与硬件没有直接的交互，但是可以调用底层的硬件，用JIN（Java本地接口调用底层硬件）

JVM结构图中的class files文件

class files文件，是保存在我们电脑本地的字节码文件，.java文件经过编译之后，就会生成一个.class文件，这个文件就是class files所对应的字节码文件，如下图：

JVM结构图中的类加载器ClassLoader的解释

类加载器ClassLoader的作用

类加载器只有一个作用，就是负责把我们本地的.class字节码文件，加载到JVM中，以类模板的形式存在于JVM中。

类加载器加载的.class文件也是有要求的，并不是只要是后缀名为.class的文件，都可以被类加载器加载，这个.class文件的必须是.java文件经过编译后得到的字节码文件，也就是指这个.class文件的开头必须要是cafe babe字符单词，它的内容是经过加密后的二进制文件，但是此二进制使用十六进制表示出来的，如下图：

类加载器ClassLoader只负责加载.class文件，但至于他是否可以运行，由JVM中的执行引擎Excution Engine决定的。

解释：

Car.class是由.java文件编译得来的.class文件，存在本地磁盘。

ClassLoader：类加载器，负责加载并初始化类文件，得到真正的Class类，即模板。

Car Class：由Car.class字节码文件，通过ClassLoader加载并且初始化得到，这个Car就是当前类的模板，这个Car Class模板就存在方法区。

car1，car2，car3：是由Car模板经过实例化而得，一个模板可以获得多个实例化对象。

拿car1举例，car1.getClass()可以得到模板Car类，Car.getClassLoader()可得到其装载器。

类加载器的种类

一共有四类。

虚拟机自带的加载器：

启动类加载器，也叫根加载器（BootStrap）。由C++编写，程序中自带的类，存储在 $JAVAHOME/jre/lib/rt.jar中，如object类等

扩展类加载器（Extension），Java编写，在我们看到的类路径中，凡是以Javax开头的，都是拓展包，存储在 $JAVAHOME/jre/lib/ext/*.jar 中，为什么会有扩展包？是因为原本的java包中在功能上，不能满足我们了，所以我们就在原本的java包的基础上扩展出了一些新的功能，而形成的新的包就叫做扩展包。

应用程序类加载器（AppClassLoader）,即平时程序中自定义的类 new出来的

用户自定义的加载器：

Java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式，即如果你的程序有特殊的需求，你也可以自定义你的类加载器的加载方式，进入ClassLoader的源码，其为抽象类，因此在你定制化开发的时候，需要你定义自己的加载器类来继承ClassLoader抽象类即可，即 MyClassLoader extends ClassLoader

java类的加载机制

首先你需要知道，当java程序需要加载一个类的时候，会去找类加载器，然后找类加载器里面看是否有对应的类模板。

Java的类加载机制，永远是以根加载器->拓展类加载器->应用程序类加载器这样的一个顺序进行加载的。什么意思呢？就是如果能在BootStrapClassLoader类加载器的路径下找到对应的类模板，那么就不会再去扩展类加载器ExtensionClassLoader中找对应的类模板，如果能在扩展类加载器ExtensionClassLoader中找到对应的类模板，那么就不会去应用程序类加载器AppClassLoader中找对应的类模板。类加载器的父子级关系，如下图：

从上图可以看出根加载器BootStrapClassLoader是扩展类加载器ExtensionClassLoader的父级，扩展类加载器ExtensionClassLoader是应用程序加载器AppClassLoader的父级，如下图：

被某个类加载器加载的类，都会存放到这个类加载器的路径中，当程序需要加载某个类的时候，会先去根加载器BootstrapClassLoader的路径下，寻找是否有这个类的模板，如果没有则会去这个类加载器的下一级，若有，则不会再去下一级寻找了。

利用obj.getClass().getClassLoader()方法，可以找到对应的类模板是存放在哪个类加载器的路径下的，换一个说法，可以让你知道在加载这个类模板所对应的类的字节码文件的时候，是用的哪一个类加载器把这个类的字节码文件加载成类模板的，如下图：

那么问题来了？为什么说Object类是java自带的类呢？java自带的类到底可以在哪里找到呢？java自带的类可以 J A V A H O M E / j r e / l i b / r t . j a r 下找到。首先来看一下 JAVAHOME/jre/lib/rt.jar下找到。首先来看一下 JAVAHOME/jre/lib/rt.jar下找到。首先来看一下JAVAHOME，也即是java的安装目录，如下图：

然后咱来看一下$JAVAHOME/jre/lib/rt.jar中的包（rt其实也即是RunTime的缩写），如下图：

打开rt.jar压缩包，它的目录结构，如下图：

Object类在java/lang包下，如下图：

JVM中的类加载器，根加载器BootStrap，在一开始，就会把rt.jar压缩包中的所有的类的字节码文件都加载到JVM中，变成类的模板，所以这些java自带的类，对应的类的模板，都会被存放到根加载器BootStrap的路径下面。故当java程序中需要用到java中的自带类的时候，都会去根加载器BootStrap的路径下去寻找类的模板。

双亲委派机制

官方概念：当一个类收到类加载请求后，他不会首先去加载这个类，而是把这个请求委派给父类去完成。每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的类加载器请求都是应该传到根加载器中的，只有当其父类加载器自己无法完成这个请求的时候（在他的加载路径下没有找到所需加载的class），子类加载器才会尝试自己去加载。

我的理解翻译：当java程序需要加载一个类的时候，比如要加载java.lang.String类，会首先去根加载器类BootstrapClassLoader的路径下去寻找，如果在根加载器路径下可以找到java.lang.String类，那么就不会再往下寻找java.lang.String类了，因为已经找到了；若在根加载器路径下没有找到java.lang.String类，则会去下一级扩展类加载器ExtensionClassLoader中寻找java.lang.String类，如果在扩展类加载器中找到了java.lang.String类，那么就不会再去下一级类加载器中寻找了；如果没有找到，则会去应用程序类加载器AppClassLoader中去寻找java.lang.String类，如果仍然没有找到会报classNotFoundException异常。

采用双亲委派机制的好处：保证了我们写的代码不会污染到java的源代码，因为只要java的源代码中存在我们即将要加载的类，那么java程序在加载类的时候就会去顶层的根加载器BootstrapClassLoader路径下去寻找类模板，然后把这个类加载。你就比如假设我们自己写一个java.lang包，然后在这个包里面写一个String类，那么如果java源代码中没有java.lang.String这个类，java程序在用到这个类加载的时候，会用到应用程序类加载器AppClassLoader路径下的java.lang.String类，但是，我们都知道java源代码中是有java.lang.String这个类的，也即是在根加载器BootstrapClassLoader路径下有java.lang.String这个类，所以java程序在用到这个类加载它的时候，会加载根加载器BootstrapClassLoader路径下的java.lang.String类，而不会去加载应用程序类加载器AppClassLoader下的java.lang.String类，这样就保证了，我们在java程序的其它地方所用到的java.lang.String类的方法是正确的，怎么个正确法呢？因为啊，假设你是加载的应用程序加载器AppClassLoader路径里的java.lang.String类也即是你自己写的String类，那么在java程序的其它地方如果使用到了源代码java.lang.String类里面的方法该怎么办？这样是不是会出错？这其实也就是，你写的代码污染了人家写的源代码。

双亲委派机制的程序理解，如下图：

沙箱安全机制

通过双亲委派机制，类的加载永远都是从根加载器开始的，如果跟加载器中没有对应的类模板，则会去下一级类加载器中寻找这个类模板，如果有的话则就不会去下一级寻找了。这样就保证你所写的代码不会污染Java自带的源代码，保证了沙箱的安全。

为什么说这样不会污染java自带的源代码呢？因为只要java的源代码中存在我们即将要加载的类，那么java程序在加载类的时候就会去顶层的根加载器BootstrapClassLoader路径下去寻找类模板，然后把这个类加载。你就比如假设我们自己写一个java.lang包，然后在这个包里面写一个String类，那么如果java源代码中没有java.lang.String这个类，java程序在用到这个类加载的时候，会用到应用程序类加载器AppClassLoader路径下的java.lang.String类，但是，我们都知道java源代码中是有java.lang.String这个类的，也即是在根加载器BootstrapClassLoader路径下有java.lang.String这个类，所以java程序在用到这个类加载它的时候，会加载根加载器BootstrapClassLoader路径下的java.lang.String类，而不会去加载应用程序类加载器AppClassLoader下的java.lang.String类，这样就保证了，我们在java程序的其它地方所用到的java.lang.String类的方法是正确的，怎么个正确法呢？因为啊，假设你是加载的应用程序加载器AppClassLoader路径里的java.lang.String类也即是你自己写的String类，那么在java程序的其它地方如果使用到了源代码java.lang.String类里面的方法该怎么办？这样是不是会出错？这其实也就是，你写的代码污染了人家写的源代码。