ClassLoader源码

news2024/11/29 18:24:07

介绍

ClassLoader 顾名思义就是类加载器 ClassLoader 是一个抽象类 没有父类

作用

1.负责将 Class 加载到 JVM 中

2.审查每个类由谁加载(父优先的等级加载机制)

3.将 Class 字节码重新解析成 JVM 统一要求的对象格式

常量&变量

 	//注册本地方法
	private static native void registerNatives();
    static {
        registerNatives();
    }

    // The parent class loader for delegation
    // Note: VM hardcoded the offset of this field, thus all new fields
    // must be added *after* it.
    //父类加载器,需要与BuiltinClassLoader中的parent区分
    private final ClassLoader parent;

    // Maps class name to the corresponding lock object when the current
    // class loader is parallel capable.
    // Note: VM also uses this field to decide if the current class loader
    // is parallel capable and the appropriate lock object for class loading.
    //当前类加载器具有并行功能时,将其下的类名映射到锁对象
    private final ConcurrentHashMap<String, Object> parallelLockMap;

    // Hashtable that maps packages to certs
    // 将包名映射到身份证书
    private final Map <String, Certificate[]> package2certs;

    // Shared among all packages with unsigned classes
    private static final Certificate[] nocerts = new Certificate[0];

    // The classes loaded by this class loader. The only purpose of this table
    // is to keep the classes from being GC'ed until the loader is GC'ed.
    // 记录当前类加载器加载的类
    private final Vector<Class<?>> classes = new Vector<>();
    
    // The "default" domain. Set as the default ProtectionDomain on newly
    // created classes.
    private final ProtectionDomain defaultDomain =
        new ProtectionDomain(new CodeSource(null, (Certificate[]) null),
                             null, this, null);
                             
    // The packages defined in this class loader.  Each package name is mapped
    // to its corresponding Package object.
    // @GuardedBy("itself")
    // 记录当前类加载器定义的包
    private final HashMap<String, Package> packages = new HashMap<>();
    

    // The class loader for the system
    // @GuardedBy("ClassLoader.class")
    //system class loader,可能是内置的AppClassLoader(默认),也可能是自定义的类加载器
    private static ClassLoader scl;

    // Set to true once the system class loader has been set
    // @GuardedBy("ClassLoader.class")
    private static boolean sclSet;
    
    // All native library names we've loaded.
    private static Vector<String> loadedLibraryNames = new Vector<>();

    // Native libraries belonging to system classes.
    private static Vector<NativeLibrary> systemNativeLibraries
        = new Vector<>();

    // Native libraries associated with the class loader.
    private Vector<NativeLibrary> nativeLibraries = new Vector<>();

    // native libraries being loaded/unloaded.
    private static Stack<NativeLibrary> nativeLibraryContext = new Stack<>();

    // The paths searched for libraries
    private static String usr_paths[];
    private static String sys_paths[];
    
    final Object assertionLock;

    // The default toggle for assertion checking.
    // @GuardedBy("assertionLock")
    private boolean defaultAssertionStatus = false;

    // Maps String packageName to Boolean package default assertion status Note
    // that the default package is placed under a null map key.  If this field
    // is null then we are delegating assertion status queries to the VM, i.e.,
    // none of this ClassLoader's assertion status modification methods have
    // been invoked.
    // @GuardedBy("assertionLock")
    private Map<String, Boolean> packageAssertionStatus = null;

    // Maps String fullyQualifiedClassName to Boolean assertionStatus If this
    // field is null then we are delegating assertion status queries to the VM,
    // i.e., none of this ClassLoader's assertion status modification methods
    // have been invoked.
    // @GuardedBy("assertionLock")
    Map<String, Boolean> classAssertionStatus = null;

构造方法

 private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
        this.parent = parent;
        //类加载器是否可并行
        if (ParallelLoaders.isRegistered(this.getClass())) {
            parallelLockMap = new ConcurrentHashMap<>();
            package2certs = new ConcurrentHashMap<>();
            assertionLock = new Object();
        } else {
            // no finer-grained lock; lock on the classloader instance
            parallelLockMap = null;
            package2certs = new Hashtable<>();
            assertionLock = this;
        }
    }

    /**
     * Creates a new class loader using the specified parent class loader for
     * delegation.
     *
     * <p> If there is a security manager, its {@link
     * SecurityManager#checkCreateClassLoader()
     * <tt>checkCreateClassLoader</tt>} method is invoked.  This may result in
     * a security exception.  </p>
     *
     * @param  parent
     *         The parent class loader
     *
     * @throws  SecurityException
     *          If a security manager exists and its
     *          <tt>checkCreateClassLoader</tt> method doesn't allow creation
     *          of a new class loader.
     *
     * @since  1.2
     */
    protected ClassLoader(ClassLoader parent) {
        this(checkCreateClassLoader(), parent);
    }

    /**
     * Creates a new class loader using the <tt>ClassLoader</tt> returned by
     * the method {@link #getSystemClassLoader()
     * <tt>getSystemClassLoader()</tt>} as the parent class loader.
     *
     * <p> If there is a security manager, its {@link
     * SecurityManager#checkCreateClassLoader()
     * <tt>checkCreateClassLoader</tt>} method is invoked.  This may result in
     * a security exception.  </p>
     *
     * @throws  SecurityException
     *          If a security manager exists and its
     *          <tt>checkCreateClassLoader</tt> method doesn't allow creation
     *          of a new class loader.
     */
    protected ClassLoader() {
        this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
    }

常用方法

loadClass

image-20230604054300171

    /**
     * Loads the class with the specified <a href="#name">binary name</a>.
     * This method searches for classes in the same manner as the {@link
     * #loadClass(String, boolean)} method.  It is invoked by the Java virtual
     * machine to resolve class references.  Invoking this method is equivalent
     * to invoking {@link #loadClass(String, boolean) <tt>loadClass(name,
     * false)</tt>}.
     *
     * @param  name
     *         The <a href="#name">binary name</a> of the class
     *
     * @return  The resulting <tt>Class</tt> object
     *
     * @throws  ClassNotFoundException
     *          If the class was not found
     *          加载指定二进制名称的类
     */
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }

    /**
     * Loads the class with the specified <a href="#name">binary name</a>.  The
     * default implementation of this method searches for classes in the
     * following order:
     *
     * <ol>
     *
     *   <li><p> Invoke {@link #findLoadedClass(String)} to check if the class
     *   has already been loaded.  </p></li>
     *
     *   <li><p> Invoke the {@link #loadClass(String) <tt>loadClass</tt>} method
     *   on the parent class loader.  If the parent is <tt>null</tt> the class
     *   loader built-in to the virtual machine is used, instead.  </p></li>
     *
     *   <li><p> Invoke the {@link #findClass(String)} method to find the
     *   class.  </p></li>
     *
     * </ol>
     *
     * <p> If the class was found using the above steps, and the
     * <tt>resolve</tt> flag is true, this method will then invoke the {@link
     * #resolveClass(Class)} method on the resulting <tt>Class</tt> object.
     *
     * <p> Subclasses of <tt>ClassLoader</tt> are encouraged to override {@link
     * #findClass(String)}, rather than this method.  </p>
     *
     * <p> Unless overridden, this method synchronizes on the result of
     * {@link #getClassLoadingLock <tt>getClassLoadingLock</tt>} method
     * during the entire class loading process.
     *
     * @param  name
     *         The <a href="#name">binary name</a> of the class
     *
     * @param  resolve
     *         If <tt>true</tt> then resolve the class
     *          如果为true则解析该类
     * @return  The resulting <tt>Class</tt> object
     *
     * @throws  ClassNotFoundException
     *          If the class could not be found
     */
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            //校验class是否被加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        //递归,调用父类加载器的loadClass
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        //调用启动类加载器(虚拟机提供的加载器,即为BootStrapClassLoader)
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //父类加载器没有找到,再调用本身(这个本身包括ext和app)的findClass(name)来查找父类
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                //链接
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

getResource

    /**
     * Finds the resource with the given name.  A resource is some data
     * (images, audio, text, etc) that can be accessed by class code in a way
     * that is independent of the location of the code.
     *
     * <p> The name of a resource is a '<tt>/</tt>'-separated path name that
     * identifies the resource.
     *
     * <p> This method will first search the parent class loader for the
     * resource; if the parent is <tt>null</tt> the path of the class loader
     * built-in to the virtual machine is searched.  That failing, this method
     * will invoke {@link #findResource(String)} to find the resource.  </p>
     *
     * @apiNote When overriding this method it is recommended that an
     * implementation ensures that any delegation is consistent with the {@link
     * #getResources(java.lang.String) getResources(String)} method.
     *
     * @param  name
     *         The resource name
     *
     * @return  A <tt>URL</tt> object for reading the resource, or
     *          <tt>null</tt> if the resource could not be found or the invoker
     *          doesn't have adequate  privileges to get the resource.
     *
     * @since  1.1
     *  获得指定名称的资源   图像,音频,文本等
     */
    public URL getResource(String name) {
        URL url;

        if (parent != null) {
            //搜索父类加载器的资源
            url = parent.getResource(name);
        } else {
            //不存在父类,搜索虚拟机默认的类加载器的路径,
            url = getBootstrapResource(name);
        }
        //仍然获取不到资源
        if (url == null) {
            //调用findResource(String)来查找资源
            url = findResource(name);
        }
        return url;
    }

双亲委派模型

提起Classs Loader 的类加载机制就不得不说说它的“双亲委派模型“

ClassLoader使用的是双亲委托模型来搜索类的,每个ClassLoader实例都有一个父类加载器的引用(不是继承的关系,是组合关系),虚拟机内置的启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)本身没有父类加载器,但可以用作其它ClassLoader实例的的父类加载器。当一个ClassLoader实例需要加载某个类时,它会试图亲自搜索某个类之前,先把这个任务委托给它的父类加载器,这个过程是由上至下依次检查的,首先由最顶层的类加载器Bootstrap ClassLoader试图加载,如果没加载到,则把任务转交给Extension ClassLoader试图加载,如果也没加载到,则转交给App ClassLoader 进行加载,如果它也没有加载得到的话,则返回给委托的发起者,由它到指定的文件系统或网络等URL中加载该类。如果它们都没有加载到这个类时,则抛出ClassNotFoundException异常。否则将这个找到的类生成一个类的定义,并将它加载到内存当中,最后返回这个类在内存中的Class实例对象。

image-20230604054245374

可以发现委托是从下向上,然后具体查找过程却是自上至下

  • 最高一层是BootStrap Class Loader

    它是在JVM 启动时候创建的,负载装载核心的Java 类, 比如Object , System String 等,主要位于jre/lib/rt.jar 中。

  • 第二层是Platform ClassLoader

    即平台类加载器,负责装载扩展系统类,比如XMl, 加密,压缩相关的功能类,主要位于jre/lib/ext/*.jar

  • 第三层类是Application ClassLoader

    即应用类加载器,主要加载用户自定义的ClassPath 路径下的类,主要位于ClassPath 中的jar.

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