JVM底层之ClassLoader源码解析及自定义ClassLo
1.JVM运行流程
JVM运行流程如下图所示：
JVM运行流程.png
2.JVM基本结构
JVM基本机构包括：类加载器，执行引擎，运行时数据区，本地接口
Class Files-->ClassLoader-->运行时数据区-->执行引擎（本地库接口）-->本地方法库
具体参考我之前的文章：jvm内存模型概述
3.ClassLoader双亲委派模型
由上面的概念可知，ClassLoader的作用就是将字节码文件（Class Files）加载到运行时数据区。
3.1类的装载过程
加载-->连接（验证、准备、解析）-->初始化-->使用-->卸载
说明：在此只是简单的介绍一下类的装载过程，详细的过程请自行百度。
加载：取得类的字节码文件的二进制字节流，加载之后会产生一个类对象（Class对象：保存类的定义或者结构，放入堆中）
初始化：执行类的构造器，为类的一些静态变量赋予正确的初始值
初始化的代码事例如下图所示：
类的装载-初始化.png
注意：static块中的变量必须在static块之前声明，否则只能写，不能读。
构造器包含以下内容：
a.static变量（不能是final修饰的常量）
b.static块
构造器与构造方法的区别：
a.构造器：构造Class对象
b.构造方法：实例化对象，先要执行类的构造器，才能实例化对象
3.2 ClassLoader简介
JDK已有的ClassLoader：
Bootstrap ClassLoader（启动加载器，必须要首先启动JVM，通过C++实现，存在于JVM的内核中，用null表示）：主要加载jdk lib下的rt.jar等
Extension ClassLoader （Java实现，继承自ClassLoader）：加载%JAVA_HOME%/lib/ext/*.jar
App ClassLoader（Java实现，继承自ClassLoader）:加载classpath下的jar
自定义类加载器，也必须继承自ClassLoader：加载自定义路径下的jar
3.3 双亲委派模型
类加载器都有一个父类加载器先执行，他与父类加载器不是继承关系，而是组合关系（成员变量）。
他加载的任务必须先委托给他的父类加载器，如果父类没有加载到这个类，则继续由发起加载的这个类加载器加载（子类需要重写findClass方法），如果没有加载到，则报出ClassNotFoudException
注意：
a.使用双亲委派模型的原因：避免类的重复加载，不会产生不必要的安全隐患
b.findClass的目的就是用来实现自定义ClassLoader的方法（建议重写findClass，不建议重写loadClass）
4.ClassLoader源码解析
ClassLoader主要方法LoadClass，实现了加载类的二进制字节流的功能
loadClass.png
继续往下看，
image.png
红圈序号说明如下：
- 先根据传入的全限定名称加载Class对象
- 如果class对象为空的情况，分别对应以下两种情况：
- 如果他的父类加载器不为空，则由父类加载器执行类的装载工作
- 如果父类加载器为空，则由Bootstrap ClassLoader执行类的装载工作，此时其实由JVM内核执行加载动作，代码如下所示：
image.png
- 如果class对象为空的话，则由子类的findClass实现类的装载工作
image.png
image.png
一般情况下，实现自定义类加载器则需要重写findClass方法即可。
5.从源码分析实现自定义类加载器
测试代码用idea开发，代码结构如下：
代码结构.png
a. 自定义ClassLoader类如下：
package lyx.demo.classloader;
import java.io.*;
/**
* Created by landyChris on 2017/10/29.
*/
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String path;//加载类的路径
private String name;//类加载器的名称
//指定父类加载器
public MyClassLoader(ClassLoader parent, String path, String name) {
super(parent);//显示指定父类加载器
this.path = path;
this.name = name;
}
public MyClassLoader(String path, String name) {
super();//让系统类加载器成为该类的父加载器
this.path = path;
this.name = name;
}
/**
* 通过自定义ClassLoader加载我们自己定义的类
* @param name 全路径名称，类似：lyx.demo.xxx.Demo
* @return
* @throws ClassNotFoundException
*/
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] data = readClassFile2ByteArray(name);
return this.defineClass(name,data,0,data.length);
}
/**
* 获取.class字节数组
* lyx.demo.xxx.Demo-->d:/lyx/demo/xxx/Demo.class
* @param name
* @return
*/
private byte[] readClassFile2ByteArray(String name) {
InputStream is = null;
byte returnData[] = null;
name = name.replaceAll("\\.", File.separator);
String filePath = this.path + name + ".class";
File file = new File(filePath);
ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
try {
is = new FileInputStream(file);
int tmp = 0;
while ((tmp = is.read()) != -1){
baos.write(tmp);
}
returnData = baos.toByteArray();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//关闭流
try {
if(is != null) {
is.close();
}
if(baos != null) {
baos.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
return returnData;
}
@Override
public String toString() {
return this.name;
}
}
b. 新建一个Test类，用于测试用途，代码如下：
public class Test {
public Test() {
System.out.println("A ClassLoader:" + this.getClass().getClassLoader() + " from classpath");
}
}
然后在自己的某个盘符下新建一个目录，比如我电脑是d:/tmp
image.png
还是上面的Test类，只是把打印信息改为以下语句：
System.out.println("A ClassLoader:" + this.getClass().getClassLoader() + " from customer ,path=d:/tmp");
image.png
在d:tmp目录下编译好后，如下图所示：
image.png
c.编写测试类
package lyx.demo.classloader;
/**
* Created by landyChris on 2017/10/29.
*/
public class TestClassLoader {
public static void main(String[] args) throws Exception{
MyClassLoader loader = new MyClassLoader(null,"d:/tmp/","landy");
Class<?> c = loader.loadClass("Test");
c.newInstance();
}
}
如上代码，运行结果如下：
image.png
以上结果说明：ClassLoader的执行是符合双亲委派模型的，它会先让父类加载器（App ClassLoader）执行loadClass的动作，如果找到Test类则直接返回，此例中，在该classpath下是有Test类的，如下图所示：
image.png
为了达到我们需要执行的是d:/tmp目录下的Test类，我们可以两种做法，一种是直接删除idea工程中的Test类。一种是利用：启动加载器可以用null值表示，我们可以修改以下代码达到目的：
MyClassLoader loader = new MyClassLoader(null,"d:/tmp/","landy");
结果如下：
image.png
到此，已得到想要的结果。
