rainmanyang

關于Class的是如何加載的一直都很模糊，也沒去怎么管它，昨天在參加網易的筆試時提到了這個問題。到網上查了查：

下面這一篇文章是JavaEYE里的：http://www.javaeye.com/topic/83978?page=1

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解 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：

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。

另外一篇是：http://dev.csdn.net/article/68/68103.shtm

靜態庫、動態連接庫

程序編制一般需經編輯、編譯、連接、加載和運行幾個步驟。在我們的應用中，有一些公共代碼是需要反復使用，就把這些代碼編譯為“庫”文件；在連接步驟中，連接器將從庫文件取得所需的代碼，復制到生成的可執行文件中。這種庫稱為靜態庫，其特點是可執行文件中包含了庫代碼的一份完整拷貝；缺點就是被多次使用就會有多份冗余拷貝。

為了克服這個缺點可以采用動態連接庫。這個時候連接器僅僅是在可執行文件中打上標志，說明需要使用哪些動態連接庫；當運行程序時，加載器根據這些標志把所需的動態連接庫加載到內存。

另外在當前的編程環境中，一般都提供方法讓程序在運行的時候把某個特定的動態連接庫加載并運行，也可以將其卸載（例如Win32的LoadLibrary()&FreeLibrary()和Posix的dlopen()&dlclose()）。這個功能被廣泛地用于在程序運行時刻更新某些功能模塊或者是程序外觀。

What is ClassLoader?

與普通程序不同的是，Java程序（class文件）并不是本地的可執行程序。當運行Java程序時，首先運行JVM（Java虛擬機），然后再把Java class加載到JVM里頭運行，負責加載Java class的這部分就叫做Class Loader。

JVM本身包含了一個ClassLoader稱為Bootstrap ClassLoader，和JVM一樣，Bootstrap ClassLoader是用本地代碼實現的，它負責加載核心Java Class（即所有java.*開頭的類）。另外JVM還會提供兩個ClassLoader，它們都是用Java語言編寫的，由Bootstrap ClassLoader加載；其中Extension ClassLoader負責加載擴展的Java class（例如所有javax.*開頭的類和存放在JRE的ext目錄下的類），Application ClassLoader負責加載應用程序自身的類。

When to load the class?

什么時候JVM會使用ClassLoader加載一個類呢？當你使用java去執行一個類，JVM使用Application ClassLoader加載這個類；然后如果類A引用了類B，不管是直接引用還是用Class.forName()引用，JVM就會找到加載類A的ClassLoader，并用這個ClassLoader來加載類B。

Why use your own ClassLoader?

似乎JVM自身的ClassLoader已經足夠了，為什么我們還需要創建自己的ClassLoader呢？

因為JVM自帶的ClassLoader只是懂得從本地文件系統加載標準的java class文件，如果編寫你自己的ClassLoader，你可以做到：
1）在執行非置信代碼之前，自動驗證數字簽名
2）動態地創建符合用戶特定需要的定制化構建類
3）從特定的場所取得java class，例如數據庫中
4) 等等

事實上當使用Applet的時候，就用到了特定的ClassLoader，因為這時需要從網絡上加載java class，并且要檢查相關的安全信息。

目前的應用服務器大都使用了ClassLoader技術，即使你不需要創建自己的ClassLoader，了解其原理也有助于更好地部署自己的應用。

ClassLoader Tree & Delegation Model

當你決定創建你自己的ClassLoader時，需要繼承java.lang.ClassLoader或者它的子類。在實例化每個ClassLoader對象時，需要指定一個父對象；如果沒有指定的話，系統自動指定ClassLoader.getSystemClassLoader()為父對象。如下圖：

在Java 1.2后，java class的加載采用所謂的委托模式（Delegation Modle），當調用一個ClassLoader.loadClass()加載一個類的時候，將遵循以下的步驟：
1）檢查這個類是否已經被加載進來了？
2）如果還沒有加載，調用父對象加載該類
3）如果父對象無法加載，調用本對象的findClass()取得這個類。

所以當創建自己的Class Loader時，只需要重載findClass()這個方法。

Unloading? Reloading?

當一個java class被加載到JVM之后，它有沒有可能被卸載呢？我們知道Win32有FreeLibrary()函數，Posix有dlclose()函數可以被調用來卸載指定的動態連接庫，但是Java并沒有提供一個UnloadClass()的方法來卸載指定的類。

在Java中，java class的卸載僅僅是一種對系統的優化，有助于減少應用對內存的占用。既然是一種優化方法，那么就完全是JVM自行決定如何實現，對Java開發人員來說是完全透明的。

在什么時候一個java class/interface會被卸載呢？Sun公司的原話是這么說的："class or interface may be unloaded if and only if its class loader is unreachable. Classes loaded by the bootstrap loader may not be unloaded."

事實上我們關心的不是如何卸載類的，我們關心的是如何更新已經被加載了的類從而更新應用的功能。JSP則是一個非常典型的例子，如果一個JSP文件被更改了，應用服務器則需要把更改后的JSP重新編譯，然后加載新生成的類來響應后繼的請求。

其實一個已經加載的類是無法被更新的，如果你試圖用同一個ClassLoader再次加載同一個類，就會得到異常（java.lang.LinkageError: duplicate class definition），我們只能夠重新創建一個新的ClassLoader實例來再次加載新類。至于原來已經加載的類，開發人員不必去管它，因為它可能還有實例正在被使用，只要相關的實例都被內存回收了，那么JVM就會在適當的時候把不會再使用的類卸載。