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    隨筆-59  評論-31  文章-0  trackbacks-0
            ClassLoader一個經常出現又讓很多人望而卻步的詞,本文將試圖以最淺顯易懂的方式來講ClassLoader,希望能對不了解該機制的朋友起到一點點作用.
            要深入了解ClassLoader,首先就要知道ClassLoader是用來干什么的,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。
            看到這里,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,那么ClassLoader又是如何被加載呢?難道它不是java的類?
            沒有錯,在這里確實有一個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,其中就包括用戶定義的ClassLoader,這里所謂的用戶定義是指通過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是用來加載用戶機器上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),然后調用ExtClassLoader加載擴展API,最后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,這里就不得不講一下ClassLoader在這里使用了雙親委托模式進行類加載。

    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,那么就默認該ClassLoader的parent是bootstrap classloader,這個parent有什么用呢?

    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java.lang.String,那么這里String是否會被這個ClassLoader加載呢?事實上java.lang.String這個類并不是被這個ClientDefClassLoader加載,而是由bootstrap classloader進行加載,為什么會這樣?實際上這就是雙親委托模式的原因,因為在任何一個自定義ClassLoader加載一個類之前,它都會先委托它的父親ClassLoader進行加載,只有當父親ClassLoader無法加載成功后,才會由自己加載,在上面這個例子里,因為java.lang.String是屬于java核心API的一個類,所以當使用ClientDefClassLoader加載它的時候,該ClassLoader會先委托它的父親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,因此最終委托到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   
     = parent.loadClass(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。

    為什么要使用這種雙親委托模式呢?

    第一個原因就是因為這樣可以避免重復加載,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,如果不使用這種委托模式,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,而雙親委托的方式,就可以避免這種情況,因為String已經在啟動時被加載,所以用戶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于設置加載類的時候是否連接該類,true就連接,否則就不連接。

    說到連接,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,初始化就不用說了,最主要就說說連接。

    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,想具體了解就翻翻《深入JVM吧》,呵呵,再這樣一步步解釋下去,那就不知道什么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,那也就是說該方法是被保護的,而用戶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,因此在這里可以看出通過loadClass加載類實際上就是加載的時候并不對該類進行解釋,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中注冊,如果驅動類沒有被初始化,則不能注冊到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,定制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,本來希望能夠講得簡單易懂一點,可是結果自己看回頭好像感覺并不怎么樣,郁悶,看來自己的文筆還是差太多了,希望能夠給一些有需要的朋友一點幫助吧。 

    還有一篇不錯的:http://m.tkk7.com/lhulcn618/archive/2006/05/25/48230.html


    posted on 2009-06-26 22:38 RoyPayne 閱讀(263) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: java基礎
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