ClassLoader是什么?
ClassLoader是类加载器,作用是将class文件加载到jvm虚拟机中去。并不会一次性加载所有的class文件,而是根据需要去动态加载。
每个类都会关联一个class loader。
* <p> Every {@link Class <tt>Class</tt>} object contains a {@link
* Class#getClassLoader() reference} to the <tt>ClassLoader</tt> that defined
* it.
public final class Class<T> implements java.io.Serializable,
GenericDeclaration,
Type,
AnnotatedElement {
/** defining class loader, or null for the "bootstrap" system loader. */
private transient ClassLoader classLoader;
public ClassLoader getClassLoader() {
if (isPrimitive()) {
return null;
}
return (classLoader == null) ? BootClassLoader.getInstance() : classLoader;
}
Java类加载流程
Java系统级有三个类加载器:
BootstrapClassLoader 最顶层的加载类,使用C/C++编写,主要加载核心类库,%JRE_HOME%\lib下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等。可以通过启动jvm时指定-Xbootclasspath和路径来改变Bootstrap ClassLoader的加载目录。比如java -Xbootclasspath/a:path被指定的文件追加到默认的bootstrap路径中。
ExtentionClassLoader 扩展的类加载器,加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下或者-Djava.ext.dirs选项指定目录下的jar包和class文件。
AppClassLoader 查找当前应用的Classpath目录下或者-Djava.class.path选项所指定的目录下的jar包和Class文件。项目中的自定义类编译后都会放到Classpath目录。
自定义ClassLoader :开发者可以自定义classloader。自定义类加载器通过继承java.lang.ClassLoader类的方式来实现自己的类加载器
Java中ClassLoader的继承关系
运行一个Java程序需要用到几种类型的类加载器呢?如下所示。
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
ClassLoader loader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
while (loader != null) {
System.out.println(loader);
loader = loader.getParent();
}
}
}
打印结果如下
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@15db9742
第1行说明加载ClassLoaderTest的类加载器是AppClassLoader,第2行说明AppClassLoader的父加载器为ExtClassLoader。至于为何没有打印出ExtClassLoader的父加载器Bootstrap ClassLoader,这是因为Bootstrap ClassLoader是由C/C++编写的,并不是一个Java类,因此我们无法在Java代码中获取它的引用。
系统所提供的类加载器有3种类型,但是系统提供的ClassLoader相关类却不只3个。另外,AppClassLoader的父类加载器为ExtClassLoader,并不代表AppClassLoader继承自ExtClassLoader,ClassLoader的继承关系如下所示
可以看到上图中共有5个ClassLoader相关类,下面简单对它们进行介绍:
- ClassLoader是一个抽象类,其中定义了ClassLoader的主要功能。
- SecureClassLoader继承了抽象类ClassLoader,但SecureClassLoader并不是ClassLoader的实现类,而是拓展了ClassLoader类加入了权限方面的功能,加强了ClassLoader的安全性。
- URLClassLoader继承自SecureClassLoader,用来通过URl路径从jar文件和文件夹中加载类和资源。
- ExtClassLoader和AppClassLoader都继承自URLClassLoader,它们都是Launcher 的内部类,Launcher 是Java虚拟机的入口应用,ExtClassLoader和AppClassLoader都是在Launcher中进行初始化的。
加载方式-双亲委托代理模式
自下而上进行委托,再自上而下进行查找
类加载器查找Class所采用的是双亲委托模式,所谓双亲委托模式就是首先判断该Class是否已经加载,如果没有则不是自身去查找而是委托给父加载器进行查找,这样依次的进行递归,直到委托到最顶层的Bootstrap ClassLoader,如果Bootstrap ClassLoader找到了该Class,就会直接返回,如果没找到,则继续依次向下查找,如果还没找到则最后会交由自身去查找。
双亲委托模式的好处
- 避免重复加载,如果已经加载过一次Class,就不需要再次加载,而是先从缓存中直接读取。
- 更加安全,如果不使用双亲委托模式,就可以自定义一个String类来替代系统的String类,这显然会造成安全隐患,采用双亲委托模式会使得系统的String类在Java虚拟机启动时就被加载,也就无法自定义String类来替代系统的String类,除非我们修改
类加载器搜索类的默认算法。还有一点,只有两个类名一致并且被同一个类加载器加载的类,Java虚拟机才会认为它们是同一个类,想要骗过Java虚拟机显然不会那么容易。
自定义ClassLoader
系统提供的类加载器只能够加载指定目录下的jar包和Class文件,如果想要加载网络上的或者是D盘某一文件中的jar包和Class文件则需要自定义ClassLoader。
实现自定义ClassLoader需要两个步骤:
- 定义一个自定义ClassLoade并继承抽象类ClassLoader。
- 复写findClass方法,并在findClass方法中调用defineClass方法。
编写测试Class文件
public class Jobs {
private String word = "One more thing";
public Jobs(String s){
word = s;
}
public Jobs(){
}
private void say() {
System.out.println(word);
}
}
将这个Jobs.java放入到D:\lib中,使用cmd命令进入D:\lib目录中,执行Javac Jobs.java
对该java文件进行编译,这时会在D:\lib中生成Jobs.class
编写自定义ClassLoader
public class DiskClassLoader extends ClassLoader{
private String path;
public DiskClassLoader(String path) {
this.path = path;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
Class clazz = null;
byte[] classData = loadClassData(name);//获取class文件的字节码数组
if(classData == null){
throw new ClassNotFoundException();
}else {
//调用defineClass方法将class文件的字节码数组转为class类实例
clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length);
}
return clazz;
}
private byte[] loadClassData(String name) {
String fileName = getFileName(name);
File file = new File(path,fileName);
InputStream in= null;
ByteArrayOutputStream out = null;
try {
in = new FileInputStream(file);
out = new ByteArrayOutputStream();
byte[] buffer = new byte[1024];
int length = 0;
while ((length = in.read(buffer))!= -1) {
out.write(buffer,0,length);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if(in!=null) {
in.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try{
if(out!=null) {
out.close();
}
}catch (IOException e){
e.printStackTrace();
}
}
if(out!=null){
return out.toByteArray();
}else {
return null;
}
}
private String getFileName(String name){
int index = name.lastIndexOf('.');
if(index == -1){//没找到.
return name+".class";
}else {
return name.substring(index+1)+".class";
}
}
}
验证DiskClassLoader是否可用,代码如下所示
public class ClassLoaderTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
DiskClassLoader diskClassLoader = new DiskClassLoader("D:\\lib");
try {
//注意这个类名不能在项目工程中存在,因为在项目工程中找个类名对应的类的加载器是AppClassLoader,因为运行是会编译生成Test.class,
//并双亲委托机制中在AppClassLoader层就从缓存中找到了
Class c = diskClassLoader.loadClass("Jobs");//参数是class名字,不带后缀
if (c !=null) {
try {
Object o = c.newInstance();//Class.newInstance()只能使用无参构造方法创建对象
Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor(String.class);
Object object = constructor.newInstance("hahah");
ClassLoader classLoader = object.getClass().getClassLoader();
while (classLoader!=null) {
System.out.println(classLoader.toString());
classLoader = classLoader.getParent();
}
Method sayMethod = c.getDeclaredMethod("say", null);
sayMethod.setAccessible(true);
sayMethod.invoke(object, null);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
Android ClassLoader类加载类分析
* <p> The <tt>ClassLoader</tt> class uses a delegation model to search for
* classes and resources. Each instance of <tt>ClassLoader</tt> has an
* associated parent class loader. When requested to find a class or
* resource, a <tt>ClassLoader</tt> instance will delegate the search for the
* class or resource to its parent class loader before attempting to find the
* class or resource itself. The virtual machine's built-in class loader,
* called the "bootstrap class loader", does not itself have a parent but may
* serve as the parent of a <tt>ClassLoader</tt> instance.
每个classLoader对象都有父class loader(除了BootClassLoader没有父classloader)。在该类的classloader使用loadClass( )加载类时,会先去它的父classloader中查找。如果该类没有classloader,则使用jvm创建的BootClassLoader赋值。
/**
* 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>
*
*
* @param name
* The <a href="#name">binary name</a> of the class
*
* @param resolve
* If <tt>true</tt> then resolve the class
*
* @return The resulting <tt>Class</tt> object
*
* @throws ClassNotFoundException
* If the class could not be found
*/
// Android-removed: Remove references to getClassLoadingLock
// Remove perf counters.
//
// <p> Unless overridden, this method synchronizes on the result of
// {@link #getClassLoadingLock <tt>getClassLoadingLock</tt>} method
// during the entire class loading process.
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);//Bootstrap ClassLoader是由C/C++编写的,是虚拟机的一部分,所以它并不是一个JAVA类
}
} 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.
c = findClass(name);
}
}
return c;
}
protected final Class<?> findLoadedClass(String name) {
ClassLoader loader;
if (this == BootClassLoader.getInstance())
loader = null;
else
loader = this;
return VMClassLoader.findLoadedClass(loader, name);
}
1)判断该类是否已加载。
findLoadedClass(String name)会返回已经被加载到内存中的Class对象,返回null表示未加载过。
2)递归调用父class loader去委托加载,直到父class loader为空,使用bootClassloader作为当前classloader去加载。
3)最顶层的class loader加载不到(找不到,返回null),则使用当前类自己的class loader(可能有多层,如果每个上层都找不到,最终会回到当前定义类自己的class loader去加载)
Android ClassLoader 继承关系
系统ClassLoader主要有3种分别是BootClassLoader、PathClassLoader和DexClassLoader
1.1 BootClassLoader
Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类,与Java中的BootClassLoader不同,它并不是由C/C++代码实现,而是由Java实现的
class BootClassLoader extends ClassLoader {
private static BootClassLoader instance;
@FindBugsSuppressWarnings("DP_CREATE_CLASSLOADER_INSIDE_DO_PRIVILEGED")
public static synchronized BootClassLoader getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new BootClassLoader();
}
return instance;
}
}复制代码
BootClassLoader是ClassLoader的内部类,并继承自ClassLoader。BootClassLoader是一个单例类,需要注意的是BootClassLoader的访问修饰符是默认的,只有在同一个包中才可以访问,因此我们在应用程序中是无法直接调用的。
1.2 DexClassLoader
DexClassLoader可以加载dex文件以及包含dex的压缩文件(apk和jar文件),不管是加载哪种文件,最终都是要加载dex文件,dex文件以及包含dex的压缩文件统称为dex相关文件。
来查看DexClassLoader的代码,如下所示。
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
55 public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
56 String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
57 super(dexPath, new File(optimizedDirectory), librarySearchPath, parent);
58 }
59 }
60
DexClassLoader的构造方法有四个参数:
dexPath:dex相关文件路径集合,多个路径用文件分隔符分隔,默认文件分隔符为‘:’
optimizedDirectory:解压的dex文件存储路径,这个路径必须是一个内部存储路径,一般情况下使用当前应用程序的私有路径:/data/data/<Package Name>/...。
librarySearchPath:包含 C/C++ 库的路径集合,多个路径用文件分隔符分隔分割,可以为null。
parent:父加载器。
DexClassLoader 继承自BaseDexClassLoader ,方法实现都在BaseDexClassLoader中。
1.3 PathClassLoader
Android系统使用PathClassLoader来加载系统类和应用程序的类,来查看它的代码:
public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
26 /**
27 * Creates a {@code PathClassLoader} that operates on a given list of files
28 * and directories. This method is equivalent to calling
29 * {@link #PathClassLoader(String, String, ClassLoader)} with a
30 * {@code null} value for the second argument (see description there).
31 *
32 * @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
33 * resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
34 * defaults to {@code ":"} on Android
35 * @param parent the parent class loader
36 */
37 public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
38 super(dexPath, null, null, parent);
39 }
40
41 /**
42 * Creates a {@code PathClassLoader} that operates on two given
43 * lists of files and directories. The entries of the first list
44 * should be one of the following:
45 *
46 * <ul>
47 * <li>JAR/ZIP/APK files, possibly containing a "classes.dex" file as
48 * well as arbitrary resources.
49 * <li>Raw ".dex" files (not inside a zip file).
50 * </ul>
51 *
52 * The entries of the second list should be directories containing
53 * native library files.
54 *
55 * @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
56 * resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
57 * defaults to {@code ":"} on Android
58 * @param librarySearchPath the list of directories containing native
59 * libraries, delimited by {@code File.pathSeparator}; may be
60 * {@code null}
61 * @param parent the parent class loader
62 */
63 public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
64 super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
65 } 复制代码
PathClassLoader继承自BaseDexClassLoader,实现也都在BaseDexClassLoader中。 PathClassLoader的构造方法中没有参数optimizedDirectory,这是因为PathClassLoader已经默认了参数optimizedDirectory的值为:/data/dalvik-cache,很显然PathClassLoader无法定义解压的dex文件存储路径,因此PathClassLoader通常用来加载已经安装的apk的dex文件(安装的apk的dex文件会存储在/data/dalvik-cache中)。
DexClassLoader和PathClassLoader区别
PathClassLoader只能加载/data/app中的apk,也就是已经安装到手机中的apk。
这个也是PathClassLoader作为默认的类加载器的原因,因为一般程序都是安装了,在打开,这时候PathClassLoader就去加载指定的apk(解压成dex,然后在优化成odex)就可以了
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
63 String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
64 super(parent);
65 this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, null);
66
67 if (reporter != null) {
68 reporter.report(this.pathList.getDexPaths());
69 }
70 }
dexPathList是dex文件路径集合类,其成员变量dexElements是所有dexFile集合
final class DexPathList { private Element[] dexElements;public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
128 String librarySearchPath, File optimizedDirectory) {
156 // save dexPath for BaseDexClassLoader
157 this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
158 suppressedExceptions, definingContext);
184 }
}
BaseClassLoader 通过loadClass加载类后,会调用findClass方法
@Override
89 protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
90 List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
91 Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
100 return c;
101 }
DexPathList中findClass方法如下
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
465 for (Element element : dexElements) {
466 Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
467 if (clazz != null) {
468 return clazz;
469 }
470 }
475 return null;
476 }
Element类时DexPathList的内部类
static class Element {
564 private final File path;
566 private final DexFile dexFile;
568 private ClassPathURLStreamHandler urlHandler;
public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
676 List<Throwable> suppressed) {
677 return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
678 : null;
679 }
}
最终是调用DexFile的loadClassBinaryName方法
public Class loadClass(String name, ClassLoader loader) {
263 String slashName = name.replace('.', '/');
264 return loadClassBinaryName(slashName, loader, null);
265 }
public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader, List<Throwable> suppressed) {
275 return defineClass(name, loader, mCookie, this, suppressed);
276 }
private static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
279 DexFile dexFile, List<Throwable> suppressed) {
280 Class result = null;
281 try {
282 result = defineClassNative(name, loader, cookie, dexFile);
283 } catch (NoClassDefFoundError e) {
287 } catch (ClassNotFoundException e) {
291 }
292 return result;
293 }
defineClassNative方法是Native方法,由C/C++ 实现
BootClassLoader和PathClassLoader的创建
BootClassLoader是在Zygote进程的入口main方法中preload(bootTimingsTraceLog)创建的,PathClassLoader则是在Zygote进程创建SystemServer进程时创建的
参考文章:http://liuwangshu.cn/application/classloader/1-java-classloader-.html