Java Class Loading Mechanism 类加载机制

Question

三大类加载器执行顺序

当运行时环境需要为应用程序加载新类时，它将在以下位置按顺序查找该类：

• 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：rt.jar 中的运行时类，i18n.jar 中的国际化类以及其他。位于 <JAVA_HOME>\lib
• 扩展类加载器 （Extension ClassLoader）： JRE_HOME/lib/ext 或者 java.ext.dirs 系统变量指定的路径 中的 JAR 文件中的类。
• 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：系统属性 java.class.path 指定的路径上的类，包括 JAR 文件中的类。如果类路径上的 JAR 文件具有带有 Class-Path 属性的清单，则还将搜索由 Class-Path 属性指定的 JAR 文件。默认情况下，java.class.path 属性的值是.，即当前目录。您可以使用-classpath 或-cp 命令行选项或设置 CLASSPATH 环境变量来更改值。命令行选项将覆盖 CLASSPATH 环境变量的设置。

Java 类加载机制

The Java platform uses a delegation model for loading classes. The basic idea is that every class loader has a "parent" class loader. When loading a class, a class loader first "delegates" the search for the class to its parent class loader before attempting to find the class itself.

Java 平台使用委托模型来加载类。基本思想是每个类加载器都有一个“父”类加载器。加载类时，类加载器首先将对类的搜索“委派”给其父类加载器，然后再尝试查找类本身。

以下是类加载 API 的一些要点：

• 实例化新的类加载器时，可以使用 java.lang.ClassLoader 及其子类中的构造函数指定父级。如果您未明确指定父级，则会将虚拟机的系统类加载器指定为默认父级。
• 当被调用以加载类时，ClassLoader 中的 loadClass 方法按顺序执行这些任务：
  1. 如果已经加载了一个类，它将返回它。
  2. 否则，它将对新类的搜索委托给父类加载器。
  3. 如果父类加载器找不到该类，则 loadClass 调用方法 findClass 查找并加载该类。

• 如果父类加载器未找到该类，则 ClassLoader 的 findClass 方法将在当前类加载器中搜索该类。当您在应用程序中实例化类加载器子类时，您可能想重写此方法。
• 类 java.net.URLClassLoader 用作扩展和其他 JAR 文件的基本类加载器，它重写 java.lang.ClassLoader 的 findClass 方法以在一个或多个指定的 URL 中搜索类和资源。

   class NetworkClassLoader extends ClassLoader {
           String host;
           int port;
  
           public Class findClass(String name) {
               byte[] b = loadClassData(name);
               return defineClass(name, b, 0, b.length);
           }
  
           private byte[] loadClassData(String name) {
               // load the class data from the connection
           }
       }

验证一下：

public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        final ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println("systemClassLoader: "+systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
        // $JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar
        // $JAVA_HOME/jre/lib/*.jar
        // all classpath jar

        ClassLoader parent1 = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println("parent: "+parent1);// parent: sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@61bbe9ba
        // $JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar

        ClassLoader parent2 = parent1.getParent();
        System.out.println("parent2: "+parent2);// parent2: null -> BootstrapClassLoader
        // $JAVA_HOME/jre/lib/*.jar

        System.out.println("done");
    }
}

类加载和 java 命令

• java 工具中， -classpath 选项是设置 java.class.path 属性的简便方法。 -cp 和 -classpath 选项等效。
• -jar 选项运行打包在 JAR 文件中的应用程序。

参考

• [1] https://docs.oracle.com/javase/tutorial/ext/basics/load.html