ClassLoader

学习任何一门技术或者原理都需要明白一个公式4W+1H

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What（是什么）？

ClassLoader是用来加载Class到java虚拟机中的一种类加载器，负责将Class的字节码形式转换成内存形式的Class对象，字节码可以来自于磁盘文件 *.class，也可以是 jar 包里的 *.class，也可以来自远程服务器提供的字节流，其实字节码的本质就是一个字节数组byte[]啦。但是呢与普通程序不同的是java程序并不是本地可以执行的程序，所以运行java程序的时候，需要先运行JVM（java虚拟机），然后再把java class文件加载到JVM中运行，负责加载java class的这部分就叫做ClassLoader。

图1

Where（在哪里用）？

首先我们要知道，JVM本身包含了一种ClassLoader叫做BootStrap ClassLoader，和JVM一样，这个类加载器是用本地代码实现的，所以我们可以叫它【根加载器】主要是负责加载核心java class(所有以java.*开头的类)，这些类位于 $JAVA_HOME/lib/rt.jar 文件中，我们常用内置库 java.xxx.* 都在里面，比如 java.util.、java.nio.、java.lang. 等等。另外JVM还会提供另外两个类加载器Extension ClassLoader（扩展类加载器）和ApplicationClassLoader（应用程序类加载器）；这两个都是用java代码实现的，并且由BootStrap ClassLoader负责加载，Extension ClassLoader负责加载扩展的java class（所有javax.*开头的类和存放在jre的ext目录下的类），比如 swing 系列、内置的 js 引擎、xml 解析器等等；ApplicationClassLoader负责加载应用程序自身的类，才是直接面向我们用户的加载器，它会加载 Classpath 环境变量里定义的路径中的 jar 包和目录，我们自己编写的代码以及使用的第三方 jar 包通常都是由它来加载的。其实流程说白了就是这样的，当运行一个程序的时候，JVM启动，运行BootStrap ClassLoader，该ClassLoader加载java核心API（ExtClassLoader和AppClassLoader也在此时被加载），然后调用ExtClassLoader加载扩展API，然后AppClassLoader加载CLASSPATH目录下定义的Class文件。

When（什么时候用）？

换句话说什么时候JVM会使用ClassLoader加载一个类呢？每个 Class 对象的内部都有一个 ClassLoader 字段来标识自己是由哪个 ClassLoader 加载的。ClassLoader 就像一个容器，里面装了很多已经加载的 Class 对象。当我们使用java去执行一个类时，JVM使用Application ClassLoader加载这个类，如果类A引用了类B，不管是直接引用还是用间接引用，JVM就会找到加载类A的ClassLoader，并用这个ClassLoader来加载类B，JVM按照运行时的有效执行语句，来决定是否需要装载新类，从而装载尽可能少的类。那些位于网络上静态文件服务器提供的 jar 包和 class文件，jdk 内置了一个 URLClassLoader，用户只需要传递规范的网络路径给构造器，就可以使用 URLClassLoader 来加载远程类库了。URLClassLoader 不但可以加载远程类库，还可以加载本地路径的类库，取决于构造器中不同的地址形式。ExtensionClassLoader 和 AppClassLoader 都是 URLClassLoader 的子类，它们都是从本地文件系统里加载类库。

图2

Why（为什么会有这么多ClassLoader）？

1.延迟加载

首先，JVM是不会一次性加载所需要的全部类的，免得JVM内存爆满，性能下降。程序在运行的过程中会遇到很多不认识的新类，这时候就会调用ClassLoader来加载这些新类，加载完成后就会将Class对象存在ClassLoader中，下次使用就避免重新加载了，而ClassLoader这时候就类似于一个容器。

2.ClassLoader的传递性

当遇到一个未知的类时，是使用哪个ClassLoader去加载呢？JVM的策略就是使用调用者Class对象的ClassLoader来加载当前未知的类。那么何为调用者 Class 对象呢？就是在遇到这个未知的类时，虚拟机肯定正在运行一个方法调用（静态方法或者实例方法），这个方法挂在哪个类上面，那这个类就是调用者的 Class 对象。前面我们提到每个 Class 对象里面都有一个 ClassLoader 属性记录了当前的类是由谁来加载的。

3.双亲委派

我们知道AppClassLoader是只加载ClassPath下面的类库，那么当遇到没有加载的系统类库时该怎么办呢？AppClassLoader 必须将系统类库的加载工作交给 BootstrapClassLoader 和 ExtensionClassLoader 来做，这就是我们常说的「双亲委派模型」，也就是说AppClassLoader 在加载一个未知的类名时，它并不是立即去搜寻 Classpath，它会首先将这个类名称交给 ExtensionClassLoader 来加载，如果 ExtensionClassLoader 可以加载，那么 AppClassLoader 就不用麻烦了。否则的话它才会搜索 Classpath 。而 ExtensionClassLoader 在加载一个未知的类名时，它也并不是立即搜寻 ext 路径，它会首先将类名称交给 BootstrapClassLoader 来加载，如果 BootstrapClassLoader 可以加载，那么 ExtensionClassLoader 也就不用麻烦了。否则它就会搜索 ext 路径下的 jar 包。

图3

How（怎么去使用）？

1.Class.forName()去加载驱动类，也是一种类加载器，用过jdbc的童鞋们都知道，获取mysql驱动的时候，mysql 驱动的 Driver 类里有一个静态代码块，它会在 Driver 类被加载的时候执行。这个静态代码块会将 mysql 驱动实例注册到全局的 jdbc 驱动管理器里，forName 方法同样也是使用调用者 Class 对象的 ClassLoader 来加载目标类。不过 forName 还提供了多参数版本，可以指定使用哪个 ClassLoader 来加载,

通过这种形式的 forName 方法可以突破内置加载器的限制，通过使用自定类加载器允许我们自由加载其它任意来源的类库。根据 ClassLoader 的传递性，目标类库传递引用到的其它类库也将会使用自定义加载器加载。

2.自定义类加载器：ClassLoader 里面有三个重要的方法 loadClass()、findClass() 和 defineClass()。用法是这样的过程：loadClass() 方法是加载目标类的入口，它首先会查找当前 ClassLoader 以及它的双亲里面是否已经加载了目标类，如果没有找到就会让双亲尝试加载，如果双亲都加载不了，就会调用 findClass() 让自定义加载器自己来加载目标类。ClassLoader 的 findClass() 方法是需要子类来覆盖的，不同的加载器将使用不同的逻辑来获取目标类的字节码。拿到这个字节码之后再调用 defineClass() 方法将字节码转换成 Class 对象。自定义类加载器不易破坏双亲规则，不要轻易的覆盖loadclass方法，要不然会导致加载不到核心类库

3.对比Class.forName 和ClassLoader.loadClass ：Class.forName() 方法可以获取原生类型的 Class，而 ClassLoader.loadClass() 则会报错。

总的来讲，ClassLloader相当于类的命名空间，起到了类的隔离作用，位于同一个 ClassLoader 里面的类名是唯一的，不同的 ClassLoader 可以持有同名的类。ClassLoader 是类名称的容器，是类的沙箱。具体是怎么隔离的需要涉及到源码分析，但是概念先搞懂，看懂源码就不远了。