[读书笔记]java中的类加载器

　　以下内容大多来自周志明的《深入理解Java虚拟机》。

　　类加载器是java的一项创新，也是java流行的重要原因之一，它最初是为了满足java applet的需求而开发出来。

　　什么是applet？ 作为新手，都不知道applet是什么鬼，看看百度百科的解释，应该就明白了: JavaApplet就是用Java语言编写的小应用程序，可以直接嵌入到网页中，并能够产生特殊的效果。

　　所以Applet就目前来看 我们用不到了，但是类加载器却在类层次划分、OSGI、热部署、代码加密等领域大放异彩，成为了JAVA技术体系中一块重要的基石，可谓是失之桑榆，收之东隅。

　　先看一个例子：

　　

public class testClass {
    public static void main(String[] args)
            throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException {
        ClassLoader loader = new ClassLoader() {
            @Override
            public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try {
                    String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
                    InputStream inputStream = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                    if (inputStream == null) {
                        return super.loadClass(name);
                    }
                    byte[] bs = new byte[inputStream.available()];
                    inputStream.read(bs);
                    return defineClass(name, bs, 0, bs.length);
                } catch (IOException e) {
                    throw new ClassNotFoundException(name);
                }
            }
        };
        Object object = loader.loadClass("test.testClass").newInstance();
        System.out.println(object.getClass());
        System.out.println(object instanceof ClassA);
    }
}

输出：

class test.testClass
false //虽然是同一个类，但是系统加载的和类加载器加载的并不是一个类型。

　　双亲委派模型

　　从java虚拟机角度来讲，只存在两种不同的加载器，一种是启动类加载器，C++实现，是虚拟机自身的一部分；另一种就是由java实现的，独立于虚拟机外部，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader。类加载器细分：

　　1. 启动类加载器

　　　　这个类加载器负责将存放在JAVA_HOME\lib目录中，或者被Xbookclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机之别的类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器，那直接使用null代替即可。

　　2. 扩展类加载器

　　　　这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系列变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

　　3. 应用程序类加载器

　　　　这个类加载器由sun.misc.Launcher$App-ClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户classpath所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是 程序中默认的类加载器。

　　关系如图：

　　上图中的这种层次关系，就是类加载器的双亲委派模型(Parents Delegation Model)。

　　双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系实现，而是都使用组合关系来复用父加载器的代码。

　　双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

　　使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反，如果没有使用双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，如果用户自己编写了一个称为java. lang.Object的类，并放在程序的ClassPath中，那系统中将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证，应用程序也将会变得一片混乱。如果读者有兴趣的话，可以尝试去编写一个与rt.jar类库中已有类重名的Java类，将会发现可以正常编译，但永远无法被加载运行。
双亲委派模型对于保证Java程序的稳定运作很重要，但它的实现却非常简单，实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中，逻辑清晰易懂：先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果父类加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。

　　破坏双亲委派模型

　　双亲委派模型并不是一个强制性约束模型，而是java设计者推荐给开发者的类加载器实现方式。在java的世界中大部分的类加载器都遵循这个模型，但也有例外，历史上出现过三次破坏：

　　1. 第一次出现的jdk1.2之前，那时候双亲委派模型还没被引入，历史太悠久，具体就不挖坟了。

　　2. 第二次是因为这个模型的缺陷造成的，比如基础类之所以称为基础，是因为它总是作为被用户代码调用的API，但是如果基础类又要调用回用户的代码就出现问题了。为了解决这个问题，引入了一个不太优雅的设计：线程上下文加载器。通过java.lang.Thread的setContextClassLoader方法进行设置。如果创建线程时没有设置，它将会从父线程中继承一个，如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话，那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。

　　3. 第三次是由于用户对程序动态性的追求而导致的，如代码热替换，模块热部署。

　　Sun公司所提出的JSR-294、JSR-277规范在与JCP组织的模块化规范之争中落败给JSR-291（即OSGi R4.2），虽然Sun不甘失去Java模块化的主导权，独立在发展Jigsaw项目，但目前OSGi已经成为了业界“事实上”的Java模块化标准，而OSGi实现模块化热部署的关键则是它自定义的类加载器机制的实现。每一个程序模块（OSGi中称为Bundle）都有一个自己的类加载器，当需要更换一个Bundle时，就把Bundle连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。

在OSGi环境下，类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构，而是进一步发展为更加复杂的网状结构，当收到类加载请求时，OSGi将按照下面的顺序进行类搜索：
1）将以java.*开头的类委派给父类加载器加载。
2）否则，将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。
3）否则，将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。
4）否则，查找当前Bundle的ClassPath，使用自己的类加载器加载。
5）否则，查找类是否在自己的Fragment Bundle中，如果在，则委派给Fragment Bundle的类加载器加载。
6）否则，查找Dynamic Import列表的Bundle，委派给对应Bundle的类加载器加载。
7）否则，类查找失败。
上面的查找顺序中只有开头两点仍然符合双亲委派规则，其余的类查找都是在平级的类加载器中进行的。
笔者虽然使用了“被破坏”这个词来形容上述不符合双亲委派模型原则的行为，但这里“被破坏”并不带有贬义的感情色彩。只要有足够意义和理由，突破已有的原则就可认为是一种创新。正如OSGi中的类加载器并不符合传统的双亲委派的类加载器，并且业界对其为了实现热部署而带来的额外的高复杂度还存在不少争议，但在Java程序员中基本有一个共识：OSGi中对类加载器的使用是很值得学习的，弄懂了OSGi的实现，就可以算是掌握了类加载器的精髓。

OSGi 赶快去学习吧。