Java类加载器ClassLoader的使用详解
作者:码畜c
BootstrapClassLoader
加载范围(根据系统参数):
System.getProperty("sun.boot.class.path");
负责加载核心类库,以我的本地的环境来展示获取的内容:
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\resources.jar;
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\rt.jar;
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\sunrsasign.jar;
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\jsse.jar;
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\jce.jar;
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\charsets.jar;
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\jfr.jar;
D:\development\jdk\jdk8\jre\classes;
C:\Users\18140\AppData\Local\JetBrains\Toolbox\apps\IDEA-U\ch-0\222.3345.118\plugins\java\lib\rt\debugger-agent.jar
修改加载范围:
- -Xbootclasspath: 重新设定核心类库的搜索路径,不建议使用。
- -Xbootclasspath/a: 在已有的-XBootclasspath后面追加搜索路径。较常用。
- -Xbootclasspath/p: 在已有的-XBootclasspath前面追加搜索路径。不常用,因为可能会引起依赖丢失。
例(:
号赋参数值):
java -Xbootclasspath/a:D:\XXXFolder; ProgramName
ExtClassLoader
加载范围(根据系统参数):
System.getProperty("java.ext.dirs");
负责加载扩展类库,以我的本地的环境来展示获取的内容:
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\ext;
C:\Windows\Sun\Java\lib\ext
修改加载范围,例(=
号赋参数值):
java -Djava.ext.dirs=D:\XXXFolder; ProgramName
AppClassLoader
加载范围(根据系统参数):
System.getProperty("java.class.path");
负责加载应用程序的类与类库,其实就是classpath下的内容。以我的本地的环境来展示获取的内容:
.......
D:\development\jdk\jdk8\jre\lib\rt.jar;
D:\development\idea\workspace\personal\resources-operation\target\classes;
D:\development\maven\apache-maven-resp\org\springframework\boot\spring-boot-starter-web\2.3.7.RELEASE\spring-boot-starter-web-2.3.7.RELEASE.jar;
.......
修改加载范围,例(空格后赋参数值):
java -classpath D:\XXXFolder; ProgramName
// 简写
java -cp D:\XXXFolder; ProgramName
类加载器的具体实现在哪里
Ext、AppClassLoader类加载器在sun.misc.Launcher中,通过内部静态类的形式进行了实现。
由于BootstrapClassLoader是非java语言实现的,故没有对应的内部静态类,但存有一个BootClassPathHolder静态内部类在Launcher中。
public class Launcher { static class AppClassLoader extends URLClassLoader {} static class ExtClassLoader extends URLClassLoader {} private static class BootClassPathHolder {} }
类加载器的初始化时机
public class Launcher { public Launcher() { ExtClassLoader var1; try { // 1. 创建ExtClassLoader var1 = Launcher.ExtClassLoader.getExtClassLoader();// 68 } catch (IOException var10) {// 69 throw new InternalError("Could not create extension class loader", var10);// 70 } try { // 2. 创建AppClassLoader,并将ExtClassLoader作为ParentClassLoader this.loader = Launcher.AppClassLoader.getAppClassLoader(var1);// 76 } catch (IOException var9) {// 77 throw new InternalError("Could not create application class loader", var9);// 78 } // 3. 将AppClassLoader挂载到当前线程 Thread.currentThread().setContextClassLoader(this.loader);// 83 // ...... } }
如何进行的类加载
不同的类加载器会根据不同的系统参数,获取不同的一组扫描路径。并根据扫描路径(Path)的类型(文件夹、Jar包),
维护一组Path与Loader实例在类加载器的父类URLClassLoader的ucp(URLClassPath)字段中。
当我们通过类加载器的loadClass方法加载类时,真正依赖的便是loader。
package sun.misc; public class URLClassPath { private static class Loader implements Closeable {} static class JarLoader extends Loader {} private static class FileLoader extends Loader {} }
那么,当我们通过lodeClass时,
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException { // 1. 重新设定ClassPath System.setProperty("java.class.path", "D:\\development\\idea\\workspace\\personal\\resources-operation\\target\\classes"); // 2. 重新初始化Launcher Launcher launcher = new Launcher(); // 3. 获取AppClassLoader ClassLoader classLoader = launcher.getClassLoader(); // 4. loadClass Class<?> aClass = classLoader.loadClass(ResourcesOperationApplication.class.getName()); System.out.println(aClass.getName()); }
是如何落实到loader的呢?以AppClassLoader为例:
static class AppClassLoader extends URLClassLoader { final URLClassPath ucp = SharedSecrets.getJavaNetAccess().getURLClassPath(this); // 获取AppClassLoader实例 public static ClassLoader getAppClassLoader(final ClassLoader var0) throws IOException { // 1. 读取classpath系统参数 final String var1 = System.getProperty("java.class.path"); // 2. 转为File实例 final File[] var2 = var1 == null ? new File[0] : Launcher.getClassPath(var1); return (ClassLoader) AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<AppClassLoader>() { public AppClassLoader run() { // 3. File转为URL URL[] var1x = var1 == null ? new URL[0] : Launcher.pathToURLs(var2); // 3. 创建实例 return new AppClassLoader(var1x, var0); } }); } AppClassLoader(URL[] var1, ClassLoader var2) { // 4. 初始化父类,并传递了一组URL实例 super(var1, var2, Launcher.factory); this.ucp.initLookupCache(this); } // ...... } public class URLClassLoader extends SecureClassLoader implements Closeable { /* The search path for classes and resources */ private final URLClassPath ucp; /* The context to be used when loading classes and resources */ private final AccessControlContext acc; public URLClassLoader(URL[] urls, ClassLoader parent, URLStreamHandlerFactory factory) { super(parent); SecurityManager security = System.getSecurityManager(); if (security != null) { security.checkCreateClassLoader(); } acc = AccessController.getContext(); // 5. 将URL实例封装到URLClassPath中 ucp = new URLClassPath(urls, factory, acc); } } public class URLClassPath { private ArrayList<URL> path; Stack<URL> urls; ArrayList<Loader> loaders; HashMap<String, Loader> lmap; private URLStreamHandler jarHandler; private boolean closed; public URLClassPath(URL[] var1, URLStreamHandlerFactory var2, AccessControlContext var3) { this.path = new ArrayList();// 101 this.urls = new Stack();// 104 this.loaders = new ArrayList();// 107 this.lmap = new HashMap();// 110 this.closed = false;// 116 // 6. 将URL封装到内部的path中 for(int var4 = 0; var4 < var1.length; ++var4) {// 138 this.path.add(var1[var4]);// 139 } this.push(var1);// 141 if (var2 != null) {// 142 this.jarHandler = var2.createURLStreamHandler("jar");// 143 } if (DISABLE_ACC_CHECKING) {// 145 this.acc = null;// 146 } else { this.acc = var3;// 148 } } }
但是并没有发现关于将URL转为loader的代码,那么loader是何时创建的?以上面的测试代码为切入口:
Class<?> aClass = classLoader.loadClass(ResourcesOperationApplication.class.getName());
直接定位到核心方法,前继的非核心方法就跳过了
public abstract class ClassLoader { protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { synchronized (getClassLoadingLock(name)) { // First, check if the class has already been loaded Class<?> c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); // 父系委托机制 try { if (parent != null) { c = parent.loadClass(name, false); } else { c = findBootstrapClassOrNull(name); } } catch (ClassNotFoundException e) { } if (c == null) { // ... // 查找类资源 c = findClass(name); // ... } // ... } return c; } } protected Class<?> findClass(final String name) throws ClassNotFoundException { final Class<?> result; try { result = AccessController.doPrivileged( new PrivilegedExceptionAction<Class<?>>() { public Class<?> run() throws ClassNotFoundException { // 1. 将类的限定名转为 '/' 分隔的形式,例:life.cqq.xxx.ClassName -> life/cqq/xxx/ClassName.class String path = name.replace('.', '/').concat(".class"); // 2. 通过URLClassPath获取类资源 Resource res = ucp.getResource(path, false); if (res != null) { try { // 最终根据类名 & 已加载的类资源创建Class对象 return defineClass(name, res); } catch (IOException e) { throw new ClassNotFoundException(name, e); } catch (ClassFormatError e2) { if (res.getDataError() != null) { e2.addSuppressed(res.getDataError()); } throw e2; } } else { return null; } } }, acc); } catch (java.security.PrivilegedActionException pae) { throw (ClassNotFoundException) pae.getException(); } if (result == null) { throw new ClassNotFoundException(name); } return result; } } public class URLClassPath { public Resource getResource(String var1, boolean var2) { // ...... Loader var3; // 3. getNextLoader:获取可以处理类资源的loader for (int var5 = 0; (var3 = this.getNextLoader(var4, var5)) != null; ++var5) {// 249 // 5. 通过获取到的loader获取类资源 Resource var6 = var3.getResource(var1, var2);// 250 if (var6 != null) {// 251 return var6;// 252 } } return null;// 255 } // getNextLoader最终会调用到该方法 private Loader getLoader(final URL var1) throws IOException { try { return (Loader) AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction<Loader>() {// 565 public Loader run() throws IOException { String var1x = var1.getFile();// 568 // 4. 最终的判断:根据URL创建不同的loader并返回 // url.endsWith("/") && "file".equals(var1.getProtocol() ? FileLoader : JarLoader if (var1x != null && var1x.endsWith("/")) {// 569 return (Loader) ("file".equals(var1.getProtocol()) ? new FileLoader(var1) : new Loader(var1));// 570 } else { return new JarLoader(var1, URLClassPath.this.jarHandler, URLClassPath.this.lmap, URLClassPath.this.acc);// 576 } } }, this.acc); } catch (PrivilegedActionException var3) {// 580 throw (IOException) var3.getException();// 581 } } }
可以发现,loader其实是懒加载的。仅有当已有loader无法加载时,会从path列表中读取仍未被创建loader的path并创建loader。
总结一下:
类加载器会根据系统参数创建对应的适配类型的Loader(FileLoader | JarLoader),且Loader是懒加载的。并维护在父类URLClassLoader的ucp(URLClassPath)属性中的loaders列表中。
loadClass时,最终会执行getResource方法,迭代Loader实例集合,尝试获取资源实例。最终根据类名 & 已加载的类资源在defineClass中创建Class对象。
Loader.getResource(resourceName)
这个方法有必要说明一下,为后继获取资源文件问题做下铺垫。方法是用法就是获取资源,在loadClass方法时获取类文件,类文件抽象来说也是一种资源,只是loadClass方法中多了一些关于类的处理。
当我们获取的非类文件资源,而是其他资源,如不同类型的配置文件,那么这些资源在哪里,如何加载,是需要说清的两个问题。
- where问题的答案其实就是当前类加载器能够搜索的范围是什么,即设定的系统参数。
- 如何加载说的也是前面提到的loader,不同的loader(file、jar)处理不同的内容。比如FileLoader就会判断资源是否在目录下,那么JarLoader便是判断资源是否在Jar包中。
public class URLClassPath { public Resource getResource(String var1, boolean var2) { // ...... Loader var3; for (int var5 = 0; (var3 = this.getNextLoader(var4, var5)) != null; ++var5) {// 249 // 0. 通过获取到的loader获取类资源 Resource var6 = var3.getResource(var1, var2);// 250 if (var6 != null) {// 251 return var6;// 252 } } return null;// 255 } // 1. 文件加载器 private static class FileLoader extends Loader { private File dir; // ... Resource getResource(final String var1, boolean var2) { try { URL var4 = new URL(this.getBaseURL(), ".");// 1370 final URL var3 = new URL(this.getBaseURL(), ParseUtil.encodePath(var1, false));// 1371= if (!var3.getFile().startsWith(var4.getFile())) {// 1373 return null;// 1375 } else { if (var2) {// 1378 URLClassPath.check(var3);// 1379 } // 1) 根据loader对应的文件目录,拼接资源路径参数构建File实例 final File var5; if (var1.indexOf("..") != -1) {// 1382 var5 = (new File(this.dir, var1.replace('/', File.separatorChar))).getCanonicalFile();// 1383 1384 if (!var5.getPath().startsWith(this.dir.getPath())) {// 1385 return null;// 1387 } } else { var5 = new File(this.dir, var1.replace('/', File.separatorChar));// 1390 } // 2) 若File实例映射的文件存在,则返回Resource实例,否则返回空 return var5.exists() ? new Resource() {// 1393 // ... } : null;// 1407 } } catch (Exception var6) {// 1404 return null;// 1405 } } } // 2. Jar加载器 static class JarLoader extends Loader { Resource getResource(String var1, boolean var2) { if (this.metaIndex != null && !this.metaIndex.mayContain(var1)) {// 1059 1060 return null;// 1061 } else { try { this.ensureOpen();// 1066 } catch (IOException var5) {// 1067 throw new InternalError(var5);// 1068 } // 1) 若loader对应Jar包中,存有资源名称的节点,则返回资源节点内容 JarEntry var3 = this.jar.getJarEntry(var1);// 1070 if (var3 != null) {// 1071 return this.checkResource(var1, var2, var3);// 1072 } else if (this.index == null) {// 1074 return null;// 1075 } else { HashSet var4 = new HashSet();// 1077 return this.getResource(var1, var2, var4);// 1078 } } } } }
对于应用层的开发者而言,需要通过ClassLoader.gerResource(resourceName)进行调用。
public abstract class ClassLoader { // 1. 获取资源也会遵循父系委托机制 public URL getResource(String name) { URL url; if (parent != null) { url = parent.getResource(name); } else { url = getBootstrapResource(name); } if (url == null) { url = findResource(name); } return url; } protected URL findResource(String name) { return null; } } public class URLClassLoader extends SecureClassLoader implements Closeable { public URL findResource(final String name) { /* * The same restriction to finding classes applies to resources */ URL url = AccessController.doPrivileged( new PrivilegedAction<URL>() { public URL run() { // 2. 继续通过类加载器在父类中维护的URLClassPath获取资源 return ucp.findResource(name, true); } }, acc); return url != null ? ucp.checkURL(url) : null; } } public class URLClassPath { public URL findResource(String var1, boolean var2) { int[] var4 = this.getLookupCache(var1);// 224 // 3. 本质还是迭代loader集合进行资源获取 Loader var3; for(int var5 = 0; (var3 = this.getNextLoader(var4, var5)) != null; ++var5) {// 225 URL var6 = var3.findResource(var1, var2);// 226 if (var6 != null) {// 227 return var6;// 228 } } return null;// 231 } }
调用获取资源方法的一些常见问题
Class.getResource & ClassLoader.getResource 的差异
通过ClassLoader获取资源已经在上面说过了,主要在于通过Class对象调用getResource方法有什么特别之处?
public final class Class<T> implements java.io.Serializable, GenericDeclaration, Type, AnnotatedElement { // 本质依旧是调用ClassLoader.getResource,唯一的不同在于对于资源名称进行了一次特殊处理。 // 做了哪些处理正如官方注释所描述: // 1. 如果是绝对路径(以 '/' 开头),剔除 '/' 符号后返回 // 2. 如果非绝对路径,则拼接'.'号转为'/'后的包名作为前缀后返回 // 其实理解下来就是:以当前类文件所在的包为基准,进行相对、绝对路径的拼接。绝对路径则不采用包名作为前缀,相对路径则以类所在的包名作为前缀。 public java.net.URL getResource(String name) { name = resolveName(name); ClassLoader cl = getClassLoader0(); if (cl == null) { return ClassLoader.getSystemResource(name); } return cl.getResource(name); } /** * Add a package name prefix if the name is not absolute Remove leading "/" * if name is absolute */ private String resolveName(String name) { if (name == null) { return name; } if (!name.startsWith("/")) { Class<?> c = this; while (c.isArray()) { c = c.getComponentType(); } String baseName = c.getName(); int index = baseName.lastIndexOf('.'); if (index != -1) { name = baseName.substring(0, index).replace('.', '/') +"/"+name; } } else { name = name.substring(1); } return name; } }
加载不同文件目录 或 Jar包中含有的同名资源
比如classpath中包含的不同目录、Jar包下都有一个同名文件config.properties,那么到底该加载哪一个呢?
根据之前的源码分析,可以推断出目录或jar对应的loader,哪个最先执行,则返回该loader对应的目录或者jar下的config.properties。
如果我想要获取所有的同名文件呢?
Enumeration<URL> resources = classLoader.getResources("config.properties"); while (resources.hasMoreElements()) { URL url = resources.nextElement(); // do something }
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