java ClassLoader機制講解

要深入瞭解ClassLoader，首先就要知道ClassLoader是用來幹什麼的，顧名思義，它就是用來加載Class文件到JVM，以供程序使用的。我們知道，java程序可以動態加載類定義，而這個動態加載的機制就是通過ClassLoader來實現的，所以可想而知ClassLoader的重要性如何。

看到這裏，可能有的朋友會想到一個問題，那就是既然ClassLoader是用來加載類到JVM中的，那麼ClassLoader又是如何被加載呢？難道它不是java的類？

沒有錯，在這裏確實有一個ClassLoader不是用java語言所編寫的，而是JVM實現的一部分，這個ClassLoader就是bootstrap classloader（啟動類加載器），這個ClassLoader在JVM運行的時候加載java核心的API以滿足java程序最基本的需求，其中就包括用户定義的ClassLoader，這裏所謂的用户定義是指通過java程序實現的ClassLoader，一個是ExtClassLoader，這個ClassLoader是用來加載java的擴展API的，也就是/lib/ext中的類，一個是AppClassLoader，這個ClassLoader是用來加載用户機器上CLASSPATH設置目錄中的Class的，通常在沒有指定ClassLoader的情況下，程序員自定義的類就由該ClassLoader進行加載。

當運行一個程序的時候，JVM啟動，運行bootstrap classloader，該ClassLoader加載java核心API（ExtClassLoader和AppClassLoader也在此時被加載），然後調用ExtClassLoader加載擴展API，最後AppClassLoader加載CLASSPATH目錄下定義的Class，這就是一個程序最基本的加載流程。

上面大概講解了一下ClassLoader的作用以及一個最基本的加載流程，接下來將講解一下ClassLoader加載的方式，這裏就不得不講一下ClassLoader在這裏使用了雙親委託模式進行類加載。

每一個自定義ClassLoader都必須繼承ClassLoader這個抽象類，而每個ClassLoader都會有一個parent ClassLoader，我們可以看一下ClassLoader這個抽象類中有一個getParent()方法，這個方法用來返回當前ClassLoader的parent，注意，這個parent不是指的被繼承的類，而是在實例化該ClassLoader時指定的一個ClassLoader，如果這個parent為null，那麼就默認該ClassLoader的parent是bootstrap classloader，這個parent有什麼用呢？

我們可以考慮這樣一種情況，假設我們自定義了一個ClientDefClassLoader，我們使用這個自定義的ClassLoader加載ng，那麼這裏String是否會被這個ClassLoader加載呢？事實上ng這個類並不是被這個ClientDefClassLoader加載，而是由bootstrap classloader進行加載，為什麼會這樣？實際上這就是雙親委託模式的原因，因為在任何一個自定義ClassLoader加載一個類之前，它都會先委託它的父親ClassLoader進行加載，只有當父親ClassLoader無法加載成功後，才會由自己加載，在上面這個例子裏，因為ng是屬於java核心API的一個類，所以當使用ClientDefClassLoader加載它的時候，該ClassLoader會先委託它的父親ClassLoader進行加載，上面講過，當ClassLoader的parent為null時，ClassLoader的parent就是bootstrap classloader，所以在ClassLoader的最頂層就是bootstrap classloader，因此最終委託到bootstrap classloader的時候，bootstrap classloader就會返回String的Class。

我們來看一下ClassLoader中的一段源代碼：

protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { // 首先檢查該name指定的class是否有被加載 Class c = findLoadedClass(name); if (c == null) { try { if (parent != null) { //如果parent不為null，則調用parent的loadClass進行加載 = Class(name, false); } else { //parent為null，則調用BootstrapClassLoader進行加載 c = findBootstrapClass0(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { //如果仍然無法加載成功，則調用自身的findClass進行加載 c = findClass(name); } } if (resolve) { resolveClass(c); } return c; }

從上面一段代碼中，我們可以看出一個類加載的大概過程與之前我所舉的例子是一樣的，而我們要實現一個自定義類的時候，只需要實現findClass方法即可。

為什麼要使用這種雙親委託模式呢？

第一個原因就是因為這樣可以避免重複加載，當父親已經加載了該類的時候，就沒有必要子ClassLoader再加載一次。

第二個原因就是考慮到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委託模式，那我們就可以隨時使用自定義的String來動態替代java核心api中定義類型，這樣會存在非常大的'安全隱患，而雙親委託的方式，就可以避免這種情況，因為String已經在啟動時被加載，所以用户自定義類是無法加載一個自定義的ClassLoader。

上面對ClassLoader的加載機制進行了大概的介紹，接下來不得不在此講解一下另外一個和ClassLoader相關的類，那就是Class類，每個被ClassLoader加載的class文件，最終都會以Class類的實例被程序員引用，我們可以把Class類當作是普通類的一個模板，JVM根據這個模板生成對應的實例，最終被程序員所使用。

我們看到在Class類中有個靜態方法forName，這個方法和ClassLoader中的loadClass方法的目的一樣，都是用來加載class的，但是兩者在作用上卻有所區別。

Class loadClass(String name)

Class loadClass(String name, boolean resolve)

我們看到上面兩個方法聲明，第二個方法的第二個參數是用於設置加載類的時候是否連接該類，true就連接，否則就不連接。

説到連接，不得不在此做一下解釋，在JVM加載類的時候，需要經過三個步驟，裝載、連接、初始化。裝載就是找到相應的class文件，讀入JVM，初始化就不用説了，最主要就説説連接。

連接分三步，第一步是驗證class是否符合規格，第二步是準備，就是為類變量分配內存同時設置默認初始值，第三步就是解釋，而這步就是可選的，根據上面loadClass方法的第二個參數來判定是否需要解釋，所謂的解釋根據《深入JVM》這本書的定義就是根據類中的符號引用查找相應的實體，再把符號引用替換成一個直接引用的過程。有點深奧吧，呵呵，在此就不多做解釋了，想具體瞭解就翻翻《深入JVM吧》，呵呵，再這樣一步步解釋下去，那就不知道什麼時候才能解釋得完了。

我們再來看看那個兩個參數的loadClass方法，在JAVA API 文檔中，該方法的定義是protected，那也就是説該方法是被保護的，而用户真正應該使用的方法是一個參數的那個，一個參數的loadclass方法實際上就是調用了兩個參數的方法，而第二個參數默認為false，因此在這裏可以看出通過loadClass加載類實際上就是加載的時候並不對該類進行解釋，因此也不會初始化該類。而Class類的forName方法則是相反，使用forName加載的時候就會將Class進行解釋和初始化，forName也有另外一個版本的方法，可以設置是否初始化以及設置ClassLoader，在此就不多講了。

不知道上面對這兩種加載方式的解釋是否足夠清楚，就在此舉個例子吧，例如JDBC DRIVER的加載，我們在加載JDBC驅動的時候都是使用的forName而非是ClassLoader的loadClass方法呢？我們知道，JDBC驅動是通過DriverManager，必須在DriverManager中註冊，如果驅動類沒有被初始化，則不能註冊到DriverManager中，因此必須使用forName而不能用loadClass。

通過ClassLoader我們可以自定義類加載器，定製自己所需要的加載方式，例如從網絡加載，從其他格式的文件加載等等都可以，其實ClassLoader還有很多地方沒有講到，例如ClassLoader內部的一些實現等等，