Java类加载器ClassLoader的使用详解
码畜c 人气:0BootstrapClassLoader
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
}
加载全部内容