Java --ClassLoader創建、載入class、卸載class

一、java提供了三種ClassLoader對Class進行載入： 1.BootStrap ClassLoader：稱為啟動類載入器，是Java類載入層次中最頂層的類載入器，負責載入JDK中的核心類庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通過如下程式獲得該類加 ...

一、java提供了三種ClassLoader對Class進行載入：

1.BootStrap ClassLoader：稱為啟動類載入器，是Java類載入層次中最頂層的類載入器，負責載入JDK中的核心類庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通過如下程式獲得該類載入器從哪些地方載入了相關的jar或class文件：

URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();  
for (int i = 0; i < urls.length; i++) {  
    System.out.println(urls[i].toExternalForm());  
}

或者

System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

最後結果為：

/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/resources.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/rt.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/sunrsasign.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jsse.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/jce.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/lib/charsets.jar
/Java/jdk1.6.0_22/jre/classes/

2.Extension ClassLoader：稱為擴展類載入器，負責載入Java的擴展類庫，預設載入JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。

3.App ClassLoader：稱為系統類載入器，負責載入應用程式classpath目錄下的所有jar和class文件。

二、ClassLoader的載入原理

1、原理介紹

ClassLoader使用的是雙親委托模型來搜索類的，每個ClassLoader實例都有一個父類載入器的引用（不是繼承的關係，是一個包含的關係），虛擬機內置的類載入器（Bootstrap ClassLoader）本身沒有父類載入器，但可以用作其它ClassLoader實例的的父類載入器。當一個ClassLoader實例需要載入某個類時，它會試圖親自搜索某個類之前，先把這個任務委托給它的父類載入器，這個過程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類載入器Bootstrap ClassLoader試圖載入，如果沒載入到，則把任務轉交給Extension ClassLoader試圖載入，如果也沒載入到，則轉交給App ClassLoader 進行載入，如果它也沒有載入得到的話，則返回給委托的發起者，由它到指定的文件系統或網路等URL中載入該類。如果它們都沒有載入到這個類時，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個找到的類生成一個類的定義，並將它載入到記憶體當中，最後返回這個類在記憶體中的Class實例對象。

2、為什麼要使用雙親委托這種模型呢？

因為這樣可以避免重覆載入，當父親已經載入了該類的時候，就沒有必要子ClassLoader再載入一次。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中定義的類型，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已經在啟動時就被引導類載入器（Bootstrcp ClassLoader）載入，所以用戶自定義的ClassLoader永遠也無法載入一個自己寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的預設演算法。

3、但是JVM在搜索類的時候，又是如何判定兩個class是相同的呢？

JVM在判定兩個class是否相同時，不僅要判斷兩個類名是否相同，而且要判斷是否由同一個類載入器實例載入的。只有兩者同時滿足的情況下，JVM才認為這兩個class是相同的。就算兩個class是同一份class位元組碼，如果被兩個不同的ClassLoader實例所載入，JVM也會認為它們是兩個不同class。

4、ClassLoader的體系架構：

三、自定義ClassLoader，自定義ClassLoader需要繼承java.lang.ClassLoader或者繼承URLClassLoader

放兩個類型的具體實現代碼：

1.繼承自ClassLoader

public class NetworkClassLoader extends ClassLoader {  
      
    private String rootUrl;  
  
    public NetworkClassLoader(String rootUrl) {  
        this.rootUrl = rootUrl;  
    }  
  
    @Override  
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
        Class clazz = null;//this.findLoadedClass(name); // 父類已載入     
        //if (clazz == null) {  //檢查該類是否已被載入過  
            byte[] classData = getClassData(name);  //根據類的二進位名稱,獲得該class文件的位元組碼數組  
            if (classData == null) {  
                throw new ClassNotFoundException();  
            }  
            clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length);  //將class的位元組碼數組轉換成Class類的實例  
        //}   
        return clazz;  
    }  
  
    private byte[] getClassData(String name) {  
        InputStream is = null;  
        try {  
            String path = classNameToPath(name);  
            URL url = new URL(path);  
            byte[] buff = new byte[1024*4];  
            int len = -1;  
            is = url.openStream();  
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();  
            while((len = is.read(buff)) != -1) {  
                baos.write(buff,0,len);  
            }  
            return baos.toByteArray();  
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        } finally {  
            if (is != null) {  
               try {  
                  is.close();  
               } catch(IOException e) {  
                  e.printStackTrace();  
               }  
            }  
        }  
        return null;  
    }  
  
    private String classNameToPath(String name) {  
        return rootUrl + "/" + name.replace(".", "/") + ".class";  
    }  
  
}

2.繼承自URLClassLoader

ublic class SimpleURLClassLoader extends URLClassLoader {
    //工程class類所在的路徑
    public static String projectClassPath = "E:/IDE/work_place/ZJob-Note/bin/";
    //所有的測試的類都在同一個包下
    public static String packagePath = "testjvm/testclassloader/";

    public SimpleURLClassLoader() {
        //設置ClassLoader載入的路徑
        super(getMyURLs());
    }

    private static  URL[] getMyURLs(){
        URL url = null;
        try {
            url = new File(projectClassPath).toURI().toURL();
        } catch (MalformedURLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return new URL[] { url };
    }

    public Class load(String name) throws Exception{
        return loadClass(name);
    }

    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name,false);
    }

    /**
     * 重寫loadClass，不採用雙親委托機制("java."開頭的類還是會由系統預設ClassLoader載入)
     */
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name,boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = null;
        //查看HotSwapURLClassLoader實例緩存下，是否已經載入過class
        clazz = findLoadedClass(name);
        if (clazz != null ) {
            if (resolve) {
                resolveClass(clazz);
            }
            return (clazz);
        }

        //如果類的包名為"java."開始，則有系統預設載入器AppClassLoader載入
        if(name.startsWith("java.")) {
            try {
                //得到系統預設的載入cl，即AppClassLoader
                ClassLoader system = ClassLoader.getSystemClassLoader();
                clazz = system.loadClass(name);
                if (clazz != null) {
                    if (resolve)
                        resolveClass(clazz);
                    return (clazz);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // Ignore
            }
        }      
        return customLoad(name,this);
    } 
    /**
     * 自定義載入
     * @param name
     * @param cl 
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    public Class customLoad(String name,ClassLoader cl) throws ClassNotFoundException {
        return customLoad(name, false,cl);
    }

    /**
     * 自定義載入
     * @param name
     * @param resolve
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    public Class customLoad(String name, boolean resolve,ClassLoader cl) throws ClassNotFoundException {
        //findClass()調用的是URLClassLoader裡面重載了ClassLoader的findClass()方法
        Class clazz = ((SimpleURLClassLoader)cl).findClass(name);
        if (resolve)
            ((SimpleURLClassLoader)cl).resolveClass(clazz);
        return clazz;
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return super.findClass(name);
    }
}

四、ClassLoader卸載Class

JVM中的Class只有滿足以下三個條件，才能被GC回收，也就是該Class被卸載（unload）：

該類所有的實例都已經被GC。
載入該類的ClassLoader實例已經被GC。
該類的java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用。

GC的時機我們是不可控的，那麼同樣的我們對於Class的卸載也是不可控的。

package testjvm.testclassloader;
public class TestClassUnLoad {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SimpleURLClassLoader loader = new SimpleURLClassLoader();
        // 用自定義的載入器載入A
        Class clazzA = loader.load("testjvm.testclassloader.A");
        Object a = clazzA.newInstance();
        // 清除相關引用
        a = null;  //清除該類的實例
        clazzA = null;  //清除該class對象的引用
        loader = null;  //清楚該類的ClassLoader引用
        // 執行一次gc垃圾回收
        System.gc();
        System.out.println("GC over");
    }
}