第05講 深入理解 ClassLoader 的加載機制
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這一講主要講了class文件的加載時機，及加載class的雙親委派機制。還舉例說明了如何自定義classLoader。最後還介紹了android中的類加載器，並舉例使用自定義的類加載器進行熱修復。下面來一一看一下這些內容。
一、class文件的加載時機
在 Java 程序啓動的時候，並不會一次性加載程序中所有的 .class 文件，而是在程序的運行過程中，動態地加載相應的類到內存中。
通常情況下,Java 程序中的 .class 文件會在以下 2 種情況下被 ClassLoader 主動加載到內存中：
- 調用類構造器
- 調用類中的靜態（static）變量或者靜態方法
二、雙親委派模型
2.1 類加載器種類
從開發者的角度，類加載器可以細分爲：
-
啓動類加載器(BootstrapClassLoader)：負責將 Java_Home/lib下面的類庫加載到內存中（比如rt.jar）。由於引導類加載器涉及到虛擬機本地實現細節，開發者無法直接獲取到啓動類加載器的引用，所以不允許直接通過引用進行操作。
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標準擴展類加載器（ExtClassLoader ,JDK 1.9 之後，改名爲 PlatformClassLoader）：是由 Sun 的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）實現的。它負責將Java_Home /lib/ext或者由系統變量 java.ext.dir指定位置中的類庫加載到內存中。開發者可以直接使用標準擴展類加載器。
-
應用程序類加載器（APPClassLoader）：是由 Sun 的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）實現的。它負責將系統類路徑（CLASSPATH）中指定的類庫加載到內存中。開發者可以直接使用系統類加載器。由於這個類加載器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，因此一般稱爲系統（System）加載器。
除此之外，還有自定義的類加載器，它們之間的關係通過被稱爲類加載器的雙親委派模型來體現。
2.2 雙親委派模型
用一張圖來表示各個類加載器之間的委派關係
雙親委派模型即某個特定的類加載器在接到加載類的請求時，首先將加載任務委託給父類加載器，依次遞歸，如果父類加載器可以完成類加載任務，就成功返回；只有父類加載器無法完成此加載任務時，才自己去加載。
使用雙親委派模型的好處在於Java類隨着它的類加載器一起具備了一種帶有優先級的層次關係。例如類java.lang.Object，它存在在rt.jar中，無論哪一個類加載器要加載這個類，最終都是委派給處於模型最頂端的Bootstrap ClassLoader進行加載，因此Object類在程序的各種類加載器環境中都是同一個類。相反，如果沒有雙親委派模型而是由各個類加載器自行加載的話，如果用戶編寫了一個java.lang.Object的同名類並放在ClassPath中，那系統中將會出現多個不同的Object類，程序將混亂。而在雙親委派模型，這個自已編寫的Object類可以正常編譯，但是永遠無法被加載運行。
雙親委派模型在代碼中的實現：
protected synchronized Class<?> loadClass(String name,boolean resolve)throws ClassNotFoundException{
//check the class has been loaded or not
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} 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;
}
- 注意：“雙親委派”機制只是 Java 推薦的機制，並不是強制的機制。我們可以繼承 java.lang.ClassLoader 類，實現自己的類加載器。
- 如果想保持雙親委派模型，就應該重寫
findClass(name)方法； - 如果想破壞雙親委派模型，可以重寫
loadClass(name)方法。
三、自定義classLoader
JVM 中預置的 3 種 ClassLoader 只能加載特定目錄下的 .class 文件，如果我們想加載其他特殊位置下的 jar 包或類時（比如，我要加載網絡或者磁盤上的一個 .class 文件），默認的 ClassLoader 就不能滿足我們的需求了，所以需要定義自己的 Classloader 來加載特定目錄下的 .class 文件。
自定義 ClassLoader 步驟
- 自定義一個類繼承抽象類 ClassLoader。
- 重寫 findClass 方法。
- 在 findClass 中，調用 defineClass 方法將字節碼轉換成 Class 對象，並返回。
課程舉的例子，看下它的代碼：
注意：上述動態加載 .class 文件的思路，經常被用作熱修復和插件化開發的框架中，包括 QQ 空間熱修復方案、微信 Tink 等原理都是由此而來。客戶端只要從服務端下載一個加密的 .class 文件，然後在本地通過事先定義好的加密方式進行解密，最後再使用自定義 ClassLoader 動態加載解密後的 .class 文件，並動態調用相應的方法。
四、android中的類加載器
本質上，Android 和傳統的 JVM 是一樣的，也需要通過 ClassLoader 將目標類加載到內存，類加載器之間也符合雙親委派模型。但是在 Android 中， ClassLoader 的加載細節有略微的差別。
在 Android 虛擬機裏是無法直接運行 .class 文件的，Android 會將所有的 .class 文件轉換成一個 .dex 文件，並且 Android 將加載 .dex 文件的實現封裝在 BaseDexClassLoader 中，而我們一般只使用它的兩個子類：PathClassLoader 和 DexClassLoader。
PathClassLoader
PathClassLoader 用來加載系統 apk 和被安裝到手機中的 apk 內的 dex 文件。當一個 App 被安裝到手機後，apk 裏面的 class.dex 中的 class 均是通過 PathClassLoader 來加載的
DexClassLoader
先來看官方對 DexClassLoader 的描述：
A class loader that loads classes from .jar and .apk filescontaining a classes.dex entry.
This can be used to execute code notinstalled as part of an application.
很明顯，對比 PathClassLoader 只能加載已經安裝應用的 dex 或 apk 文件，DexClassLoader 則沒有此限制，可以從 SD 卡上加載包含 class.dex 的 .jar 和 .apk 文件，這也是插件化和熱修復的基礎，在不需要安裝應用的情況下，完成需要使用的 dex 的加載。
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