类装载器ClassLoader

1、类装载器的工作机制

　　类装载器就是类的字节码文件并构造出类在JVM内部表示对象的组件。在Java中，类装载器把一个类装入JVM中，需要以下步骤：

　　（1）装载：查找和导入Class文件

　　（2）链接：执行校验、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的。

　　　　校验：检查载入Class文件数据的正确性。

　　　　准备：给类的静态变量分配存储空间。

　　　　解析：将符号引用转换成直接引用。

　　（3）初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作。

　　类装载工作由ClassLoader及其子类负责。ClassLoader是一个重要的Java运行时系统组件，它负责在运行时查找和装入Class字节码文件。JVM在运行时会产生3个ClassLoader：根装载器、ExtClassLoader（扩展类装载器）和AppClassLoader（应用类装载器）。其中根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++语言编写，因而在Java中看不到它，根装载器负责装载JRE的核心类库，如JRE目标下的rt.jar、charsets.jar等。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子类，其中ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR类包；AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。

　　这三个类装载器之间存在父子层级关系，即根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。在默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类。

　　实验代码：

public static void main(String[] args) {
        ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        System.out.println("current loader:" + loader);
        System.out.println("parent loader:" + loader.getParent());
        System.out.println("grandparent loader:" + loader.getParent().getParent());
    }

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　　输出：　　

current loader:sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
parent loader:sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66d3c617
grandparent loader:null

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　　说明：

　　根装载器在Java中访问不到，所以返回null

　　扩展：

　　JVM装载类时使用“全盘负责委托机制”

　　全盘负责：是指当一个ClassLoader装载一个类是，除非显式地使用另一个ClassLoader，该类所依赖的及引用的类也由这个ClassLoader载入；

　　委托机制：是指先委托父装载器寻找目标类，只有在找不到的情况下才能从自己的类路径下查找并装载目标类。

　　这样的设计是从安全角度考虑的，试想，如果有人编写了一个恶意的基础类（如java.lang.String）并装载到JVM中，将会引起多么可怕的后果？

实战经验：

　　在此我提供一个工具类，通过改类可以方便的查看JVM从哪个类包中加载指定类：

　　访问方式：http://localhost:8080/srcAdd.jsp?className=java.net.URL

　　工具类页面：

<%@page contentType="text/html; charset=GBK" %>
<%@page import="java.security.*,java.net.*,java.io.*" %>
<%!
    public static URL getClassLocation(final Class cls) {
        if (cls == null) throw new IllegalArgumentException("null input: cls");
        URL result = null;
        final String clsAsResource = cls.getName().replace('.', '/').concat(".class");
        final ProtectionDomain pd = cls.getProtectionDomain();
        // java.lang.Class contract does not specify if 'pd' can ever be null;
        // it is not the case for Sun's implementations, but guard against null
        // just in case:
        if (pd != null) {
            final CodeSource cs = pd.getCodeSource();
            // 'cs' can be null depending on the classloader behavior:
            if (cs != null) result = cs.getLocation();
            if (result != null) {
                // Convert a code source location into a full class file location
                // for some common cases:
                if ("file".equals(result.getProtocol())) {
                    try {
                        if (result.toExternalForm().endsWith(".jar") ||
                                result.toExternalForm().endsWith(".zip"))
                            result = new URL("jar:".concat(result.toExternalForm())
                                                   .concat("!/").concat(clsAsResource));
                        else if (new File(result.getFile()).isDirectory())
                            result = new URL(result, clsAsResource);
                    } catch (MalformedURLException ignore) {
                    }
                }
            }
        }
        if (result == null) {
            // Try to find 'cls' definition as a resource; this is not
            // document．d to be legal, but Sun's implementations seem to         //allow this:
            final ClassLoader clsLoader = cls.getClassLoader();
            result = clsLoader != null ?
                    clsLoader.getResource(clsAsResource) :
                    ClassLoader.getSystemResource(clsAsResource);
        }
        return result;
    }
%>
<html>
<head>
    <title>srcAdd.jar</title>
</head>
<body bgcolor="#ffffff">
使用方法，className参数为类的全名，不需要.class后缀，如
srcAdd.jsp?className=java.net.URL
<%
    try {
        String classLocation = null;
        String error = null;
        String className = request.getParameter("className");

        classLocation = "" + getClassLocation(Class.forName(className));
        if (error == null) {
            out.print("类" + className + "实例的物理文件位于：");
            out.print("<hr>");
            out.print(classLocation);
        } else {
            out.print("类" + className + "没有对应的物理文件。<br>");
            out.print("错误：" + error);
        }
    } catch (Exception e) {
        out.print("异常。" + e.getMessage());
    }
%>
</body>
</html>

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　　工具类：

　　在IDEA断点调试的时候，按Alt+F8，弹出Evluate Expression对话框，在Expression处输入：ClassLocationUtils.where(<类名>.class) 即可获知当前类是从哪个jar包中加载的。

/**
 * tools to find which jar does the class come from
 *
 * @author : chenxh,ascend
 */
public class ClassLocationUtils {

    /**
     * find the location of the class come from
     *
     * @param cls Class
     * @return String
     */
    public static String where(final Class cls) {
        if (cls == null) throw new IllegalArgumentException("null input: cls");
        URL result = null;
        final String clsAsResource = cls.getName().replace('.', '/').concat(".class");
        final ProtectionDomain pd = cls.getProtectionDomain();
        if (pd != null) {
            final CodeSource cs = pd.getCodeSource();
            if (cs != null) result = cs.getLocation();
            if (result != null && "file".equals(result.getProtocol())) {
                try {
                    if (result.toExternalForm().endsWith(".jar") ||
                            result.toExternalForm().endsWith(".zip"))
                        result = new URL("jar:".concat(result.toExternalForm())
                                               .concat("!/").concat(clsAsResource));
                    else if (new File(result.getFile()).isDirectory())
                        result = new URL(result, clsAsResource);
                } catch (MalformedURLException ignore) {
                }

            }
        }
        if (result == null) {
            final ClassLoader clsLoader = cls.getClassLoader();
            result = clsLoader != null ?
                    clsLoader.getResource(clsAsResource) :
                    ClassLoader.getSystemResource(clsAsResource);
        }
        return result.toString();
    }

}

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