深入研究Java类加载机制
类加载是Java程序运行的第一步，研究类的加载有助于了解JVM执行过程，并指导开发者采取更有效的措施配合程序执行。
研究类加载机制的第二个目的是让程序能动态的控制类加载，比如热部署等，提高程序的灵活性和适应性。
一、简单过程
Java程序运行的场所是内存，当在命令行下执行：
java HelloWorld
命令的时候，JVM会将HelloWorld.class加载到内存中，并形成一个Class的对象HelloWorld.class。
其中的过程就是类加载过程：
1、寻找jre目录，寻找jvm.dll，并初始化JVM；
2、产生一个Bootstrap Loader（启动类加载器）；
3、Bootstrap Loader自动加载Extended Loader（标准扩展类加载器），并将其父Loader设为Bootstrap Loader。
4、Bootstrap Loader自动加载AppClass Loader（系统类加载器），并将其父Loader设为Extended Loader。
5、最后由AppClass Loader加载HelloWorld类。
以上就是类加载的最一般的过程。
二、类加载器各自搜索的目录
为了弄清楚这个问题，首先还要看看System类的API doc文档。
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键
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相关值的描述
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| java.version | Java 运行时环境版本 |
| java.vendor | Java 运行时环境供应商 |
| java.vendor.url | Java 供应商的 URL |
| java.home | Java 安装目录 |
| java.vm.specification.version | Java 虚拟机规范版本 |
| java.vm.specification.vendor | Java 虚拟机规范供应商 |
| java.vm.specification.name | Java 虚拟机规范名称 |
| java.vm.version | Java 虚拟机实现版本 |
| java.vm.vendor | Java 虚拟机实现供应商 |
| java.vm.name | Java 虚拟机实现名称 |
| java.specification.version | Java 运行时环境规范版本 |
| java.specification.vendor | Java 运行时环境规范供应商 |
| java.specification.name | Java 运行时环境规范名称 |
| java.class.version | Java 类格式版本号 |
| java.class.path | Java 类路径 |
| java.library.path | 加载库时搜索的路径列表 |
| java.io.tmpdir | 默认的临时文件路径 |
| java.compiler | 要使用的 JIT 编译器的名称 |
| java.ext.dirs | 一个或多个扩展目录的路径 |
| os.name | 操作系统的名称 |
| os.arch | 操作系统的架构 |
| os.version | 操作系统的版本 |
| file.separator | 文件分隔符（在 UNIX 系统中是“/”） |
| path.separator | 路径分隔符（在 UNIX 系统中是“:”） |
| line.separator | 行分隔符（在 UNIX 系统中是“/n”） |
| user.name | 用户的账户名称 |
| user.home | 用户的主目录 |
| user.dir | 用户的当前工作目录 |
可惜这个帮助文档并不全，直接用程序打印出来如下：
for (Map.Entry<Object, Object> entry : System.getProperties().entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey()+"\t"+entry.getValue());
}
System.out.println(entry.getKey()+"\t"+entry.getValue());
}
| java.runtime.name | Java(TM) SE Runtime Environment |
| sun.boot.library.path | Q:\jdk6\jre\bin |
| java.vm.version | 14.0-b16 |
| java.vm.vendor | Sun Microsystems Inc. |
| java.vendor.url | http://java.sun.com/ |
| path.separator | ; |
| idea.launcher.port | 7532 |
| java.vm.name | Java HotSpot(TM) Client VM |
| file.encoding.pkg | sun.io |
| sun.java.launcher | SUN_STANDARD |
| user.country | CN |
| sun.os.patch.level | Service Pack 3 |
| java.vm.specification.name | Java Virtual Machine Specification |
| user.dir | E:\projects\testScanner |
| java.runtime.version | 1.6.0_14-b08 |
| java.awt.graphicsenv | sun.awt.Win32GraphicsEnvironment |
| java.endorsed.dirs | Q:\jdk6\jre\lib\endorsed |
| os.arch | x86 |
| java.io.tmpdir | C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ |
| line.separator | |
| java.vm.specification.vendor | Sun Microsystems Inc. |
| user.variant | |
| os.name | Windows XP |
| sun.jnu.encoding | GBK |
| java.library.path | Q:\jdk6\bin;.;C:\WINDOWS\Sun\Java\bin;C:\WINDOWS\system32;C:\WINDOWS;Q:\jdk6\bin;Q:\JavaFX\javafx-sdk1.2\bin;Q:\JavaFX\javafx-sdk1.2\emulator\bin;C:\WINDOWS\system32;C:\WINDOWS;C:\WINDOWS\System32\Wbem;C:\MySQL Server 5.1\bin;C:\Program Files\StormII\Codec;C:\Program Files\StormII |
| java.specification.name | Java Platform API Specification |
| java.class.version | 50 |
| sun.management.compiler | HotSpot Client Compiler |
| os.version | 5.1 |
| user.home | d:\我的文档 |
| user.timezone | |
| java.awt.printerjob | sun.awt.windows.WPrinterJob |
| idea.launcher.bin.path | C:\IDEA8\bin |
| file.encoding | UTF-8 |
| java.specification.version | 1.6 |
| java.class.path | Q:\jdk6\jre\lib\alt-rt.jar;Q:\jdk6\jre\lib\charsets.jar;Q:\jdk6\jre\lib\deploy.jar;Q:\jdk6\jre\lib\javaws.jar;Q:\jdk6\jre\lib\jce.jar;Q:\jdk6\jre\lib\jsse.jar;Q:\jdk6\jre\lib\management-agent.jar;Q:\jdk6\jre\lib\plugin.jar;Q:\jdk6\jre\lib\resources.jar;Q:\jdk6\jre\lib\rt.jar;Q:\jdk6\jre\lib\ext\dnsns.jar;Q:\jdk6\jre\lib\ext\localedata.jar;Q:\jdk6\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;Q:\jdk6\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;Q:\jdk6\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;E:\projects\testScanner\out\production\testScanner;C:\IDEA8\lib\idea_rt.jar |
| user.name | Administrator |
| java.vm.specification.version | 1 |
| java.home | Q:\jdk6\jre |
| sun.arch.data.model | 32 |
| user.language | zh |
| java.specification.vendor | Sun Microsystems Inc. |
| awt.toolkit | sun.awt.windows.WToolkit |
| java.vm.info | mixed mode, sharing |
| java.version | 1.6.0_14 |
| java.ext.dirs | Q:\jdk6\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext |
| sun.boot.class.path | Q:\jdk6\jre\lib\resources.jar;Q:\jdk6\jre\lib\rt.jar;Q:\jdk6\jre\lib\sunrsasign.jar;Q:\jdk6\jre\lib\jsse.jar;Q:\jdk6\jre\lib\jce.jar;Q:\jdk6\jre\lib\charsets.jar;Q:\jdk6\jre\classes |
| java.vendor | Sun Microsystems Inc. |
| file.separator | \ |
| java.vendor.url.bug | http://java.sun.com/cgi-bin/bugreport.cgi |
| sun.io.unicode.encoding | UnicodeLittle |
| sun.cpu.endian | little |
| sun.desktop | windows |
| sun.cpu.isalist |
1、Bootstrap Loader（启动类加载器）：加载System.getProperty("sun.boot.class.path")所指定的路径或jar。
2、Extended Loader（标准扩展类加载器ExtClassLoader）：加载System.getProperty("java.ext.dirs")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时，也可以指定其搜索路径，例如：java -Djava.ext.dirs=d:\projects\testproj\classes HelloWorld
3、AppClass Loader（系统类加载器AppClassLoader）：加载System.getProperty("java.class.path")所指定的路径或jar。在使用Java运行程序时，也可以加上-cp来覆盖原有的Classpath设置，例如： java -cp ./lavasoft/classes HelloWorld
ExtClassLoader和AppClassLoader在JVM启动后，会在JVM中保存一份，并且在程序运行中无法改变其搜索路径。如果想在运行时从其他搜索路径加载类，就要产生新的类加载器。
三、类加载器的特点
1、运行一个程序时，总是由AppClass Loader（系统类加载器）开始加载指定的类。
2、在加载类时，每个类加载器会将加载任务上交给其父，如果其父找不到，再由自己去加载。
3、Bootstrap Loader（启动类加载器）是最*的类加载器了，其父加载器为null.
3、Bootstrap Loader（启动类加载器）是最*的类加载器了，其父加载器为null.
四、类加载器的获取
很容易，看下面例子
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
HelloWorld hello = new HelloWorld();
Class c = hello.getClass();
ClassLoader loader = c.getClassLoader();
System.out.println(loader);
System.out.println(loader.getParent());
System.out.println(loader.getParent().getParent());
}
}
public static void main(String[] args) {
HelloWorld hello = new HelloWorld();
Class c = hello.getClass();
ClassLoader loader = c.getClassLoader();
System.out.println(loader);
System.out.println(loader.getParent());
System.out.println(loader.getParent().getParent());
}
}
打印结果：
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@19821f
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
null
Process finished with exit code 0
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@addbf1
null
Process finished with exit code 0
从上面的结果可以看出，并没有获取到ExtClassLoader的父Loader，原因是Bootstrap Loader（启动类加载器）是用C语言实现的，找不到一个确定的返回父Loader的方式，于是就返回null。
五、类的加载
类加载有三种方式：
1、命令行启动应用时候由JVM初始化加载
2、通过Class.forName()方法动态加载
3、通过ClassLoader.loadClass()方法动态加载
三种方式区别比较大，看个例子就明白了：
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
ClassLoader loader = HelloWorld.class.getClassLoader();
System.out.println(loader);
//使用ClassLoader.loadClass()来加载类，不会执行初始化块
loader.loadClass("Test2");
//使用Class.forName()来加载类，默认会执行初始化块
// Class.forName("Test2");
//使用Class.forName()来加载类，并指定ClassLoader，初始化时不执行静态块
// Class.forName("Test2", false, loader);
}
}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
ClassLoader loader = HelloWorld.class.getClassLoader();
System.out.println(loader);
//使用ClassLoader.loadClass()来加载类，不会执行初始化块
loader.loadClass("Test2");
//使用Class.forName()来加载类，默认会执行初始化块
// Class.forName("Test2");
//使用Class.forName()来加载类，并指定ClassLoader，初始化时不执行静态块
// Class.forName("Test2", false, loader);
}
}
public class Test2 {
static {
System.out.println("静态初始化块执行了！");
}
}
static {
System.out.println("静态初始化块执行了！");
}
}
分别切换加载方式，会有不同的输出结果。
六、自定义ClassLoader
为了说明问题，先看例子：
package test;
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;
/**
* 自定义ClassLoader
*
* @author leizhimin 2009-7-29 22:05:48
*/
public class MyClassLoader {
public static void main(String[] args) throws MalformedURLException, ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
URL url = new URL("file:/E:\\projects\\testScanner\\out\\production\\testScanner");
ClassLoader myloader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
Class c = myloader.loadClass("test.Test3");
System.out.println("----------");
Test3 t3 = (Test3) c.newInstance();
}
}
import java.net.MalformedURLException;
import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;
/**
* 自定义ClassLoader
*
* @author leizhimin 2009-7-29 22:05:48
*/
public class MyClassLoader {
public static void main(String[] args) throws MalformedURLException, ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
URL url = new URL("file:/E:\\projects\\testScanner\\out\\production\\testScanner");
ClassLoader myloader = new URLClassLoader(new URL[]{url});
Class c = myloader.loadClass("test.Test3");
System.out.println("----------");
Test3 t3 = (Test3) c.newInstance();
}
}
public class Test3 {
static {
System.out.println("Test3的静态初始化块执行了！");
}
}
static {
System.out.println("Test3的静态初始化块执行了！");
}
}
运行后：
----------
Test3的静态初始化块执行了！
Process finished with exit code 0
Test3的静态初始化块执行了！
Process finished with exit code 0
可以看出自定义了ClassLoader myloader = new URLClassLoader(new URL[]{url});已经成功将类Test3加载到内存了，并通过默认构造方法构造了对象Test3 t3 = (Test3) c.newInstance();
有关ClassLoader还有很重要一点：
同一个ClassLoader加载的类文件，只有一个Class实例。但是，如果同一个类文件被不同的ClassLoader载入，则会有两份不同的ClassLoader实例（前提是着两个类加载器不能用相同的父类加载器）。