深入理解JVM: (五)虚拟机类加载机制(2):类加载器

一、类加载器

概念：

通过一个类的全限定类名来获取描述该类的二进制字节流，将这个动作放到JAVA虚拟机外部去实现，以便应用程序自己决定如何去获取所需的类。实现这个动作的代码被称为**“类加载器”**。

1.1 类与类加载器

对于任意一个类，都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在JAVA虚拟机的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话的意思是，比较两个类是否相等，只有在这两个类都是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同个class文件，被同一个JAVA虚拟机加载，只要加载他们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。这里的相等指的是Class对象的equals()方法、instanceof 关键字做对象所属关系判定等各种情况。

public class DemoClassLoader {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassLoader classLoader = new ClassLoader() {
		//这个方法如果被覆盖掉了，说明双亲委派机制失效，双亲委派机制，是通过loadClass来连接父加载器的
            public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try {
                    String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
                    InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                    if (is == null) {
                        return super.loadClass(name);
                    }
                    byte[] b = new byte[is.available()];
                    is.read(b);
                    return defineClass(name, b, 0, b.length);
                } catch (IOException e) {
                    throw new ClassNotFoundException();
                }
            }
        };
        Object o = classLoader.loadClass("com.example.demo.classLoader.DemoClassLoader").newInstance();
        System.out.println(o.getClass());
        //自定义的类加载器实例化的对象
        System.out.println(o instanceof DemoClassLoader);
        DemoClassLoader a = new DemoClassLoader();
        DemoClassLoader b = new DemoClassLoader();
        System.out.println(o.getClass()==a.getClass());//false
        System.out.println(a.getClass()==b.getClass());//true
    }
}

以上的输出结果为:

class com.example.demo.classLoader.DemoClassLoader
false
false
true

从结果不难得知，我们自定义了一个类加载去加载这个类，并实例化出了对象，但是从上面个的输出结果可以看出，这个类确实是com.example.demo.classLoader.DemoClassLoader，但是在给对象做所属类型检验是返回了false，说明JAVA虚拟机中同时存在两个DemoClassLoader类，一个是由虚拟机的应用程序加载，一个是由我们自定义的加载器加载，虽然他们都是来自于同个class文件，但是在虚拟机中仍然是连个相互独立的类。

1.3 三层类加载器

对于JAVA虚拟机来说，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器，这个类加载器使用C++实现，是虚拟机自身的一部分；另外一种就是其他所有的类加载器，这些类加载器都由java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader。
站在开发者角度，则分为三层类加载器：启动类加载器、扩展类加载器、应用程序类加载器。

启动类加载器:
这个类加载器负责加载<JAVA_HOME>\lib目录，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中存放的，而且是JAVA虚拟机能够识别的类库加载到虚拟机的内存中。启动类加载器无法被JAVA程序直接引用，所以当获取启动类加载器的时候，会返回一个null值。
扩展类加载器:
这个类加载器由ExtClassLoader实现，负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库。
应用程序类加载器:
这个类加载器由AppClassLoader实现，负责加载用户类路径(classPath)上所有的类库，一般情况下，如果程序中没有自定义类加载器，AppClassLoader为应用程序的默认的类加载器。

1.4 双亲委派机制

双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类的加载请求，它首先不会自己去加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有类的加载请求，最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求的时候(在搜索范围内搜索不到对应的类)，子加载器才会尝试自己去完成加载。
双亲委派机制的一个好处就是，它设置了类加载器的优先级，例如类java.lang.Object，它存在rt.jar包中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都委派给处于模型最顶端的启动类加载器，这样就能确保程序里面的Object类在各种类加载器中都是同一个。以下代码为双亲委派机制的核心代码在loadClass方法里面。

双亲委派机制的好处：

可以避免重复加载，当父类加载器已经加载到该类时，就没必要子加载器再加载一次。
考虑到安全因素，JAVA核心api中定义类型不会被随意替换，假设通过网络传递一个名为java.lang.Object的类，通过双亲委派机制模型传递启动类加载器，而启动类加载器在核心java api中发现这个名称的类已经被加载过了，并不会重新加载网络传递过来的java.lang.Object，而直接返回已经加载过的Object，从而保证相同的类名的字节码文件，在虚拟机内存只保存一份。这样就可以避免核心api没恶意篡改，不过这个机制的前提是，这个传递过来的Object类加载请求必须是得到启动类加载器才可以，因为同一个类在同一个加载器里，只会被加载一次，但是如果是不同的类加载器的话，还是可以被加载的。

二、自定义类加载器

在讲解热部署之前，需要先连接ClassLoader这个类里面几个比较核心的方法：

findClass: 在自定义类加载时，一般是覆盖这个方法，且ClassLoader中给出了一个抛错的实现。

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

loadClass: 这个方法是双亲委派机制的代码实现，只有父类加载器加载不到类的时候，才会调用自身findClass方法进行类的查找，所以在定义自己的类加载器时，不要覆盖掉该方法，而是应该覆盖掉findClass方法。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先检查类是否已经被加载过
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
		//查看是否有父加载器，没有的话默认使用启动类加载器
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    //父加载器抛ClassNotFoundException异常说明父加载器，加载不到
                }

                if (c == null) {
                    // 父加载器无法加载时，调用本身的findClass方法来进行加载
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

defineClass: 用来将class字节解析成虚拟机能够识别的对象，defineClass方法一般和findClass一起结合使用，在自定义类加载器的时候，一般会覆盖ClassLoader的findClass方法，然后再调用defineClass方法生成Class对象。

    protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,
                                         ProtectionDomain protectionDomain)
        throws ClassFormatError
    {
        protectionDomain = preDefineClass(name, protectionDomain);
        String source = defineClassSourceLocation(protectionDomain);
        Class<?> c = defineClass1(name, b, off, len, protectionDomain, source);
        postDefineClass(c, protectionDomain);
        return c;
    }

resolveClass: 连接指定的类。

三、通过类加载器来实现热部署

绕开双亲委派机制核心方法loadClass，直接调用自身重写的findClass方法

四、JAVA模块化系统（JDK9）

//TODO

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