类加载器（ClassLoader）在 Java 中的作用是什么？

Z时代
2024-01-10
分类：综合

在使用 Java 时，我们经常使用大量的类。这些 Java 类不会一次全部加载到内存中，而是在应用程序需要时加载。这就是 Java 类加载器发挥作用的地方。因此，在本文中，我将结合示例讨论如何在 Java 中使用 ClassLoader。

本文将包含以下几个方面：

<ul>

<li>什么是类加载器？</li>

<li>类加载器的类型</li>

<li>类加载器原理</li>

<li>类加载器的方法</li>

<li>自定义类加载器</li>

</ul>

下面我们分别来看一下

<h2 id="什么是类加载器">什么是类加载器</h2>

Java 中的 ClassLoader 由 Java 运行环境调用，以便在 Java 虚拟机中的应用程序需要时动态加载类。由于 ClassLoader 是 Java 运行环境的一部分，Java 虚拟机对底层文件和文件系统一无所知。

现在，让我们了解 Java 中不同类型的内置类加载器。

<hr>

<h2 id="java中类加载器的类型">Java中类加载器的类型</h2>

Java中不同类型的类加载器如下：

<ul>

<li>Extension 类加载器</li>

<li>Application 或者 System 类加载器</li>

<li>Bootstrap 类加载器</li>

</ul>

<h3 id="extension-类加载器">Extension 类加载器</h3>

顾名思义，Extension 类加载器从 JDK 扩展库加载核心 Java 类的扩展。它是 Bootstrap 类加载器的子级，并从 JRE/lib/text 目录或 java.ext.dirs 系统属性中指定的任何其他目录加载扩展。

<h3 id="application-或者-system-类加载器">Application 或者 System 类加载器</h3>

Application 或者 System 类加载器是 Extension 类加载器的子级。这种类型的类加载器加载在 <code>-cp</code> 命令行选项或 <code>CLASSPATH</code> 环境变量中找到的所有应用程序级别的类。

<h3 id="bootstrap-类加载器">Bootstrap 类加载器</h3>

众所周知，Java 类是由 <code>java.lang.ClassLoade</code> 的实例加载的。但是，由于类加载器是类，Bootstrap 类加载器负责加载 JDK 内部类。 BootStrap 类加载器是一个机器码，它在 JVM 调用它并从 rt.jar 加载类时启动操作。因此，我们可以理解 Bootstrap 类加载器服务没有父类加载器，因此被称为 Primordial ClassLoader。

注意 : Bootstrap的优先级高于Extension，给Extension 类加载器的优先级高于Application 类加载器。请参考下图：

<figure><img src="/uploads/220320/I_2022032016315672f22e.jpg" alt="Java 类加载器优先级"><figcaption>Java 类加载器优先级</figcaption></figure>

接下来在本文中，让我们了解类加载器的工作原理。

<hr>

<h2 id="类加载器原理">类加载器原理</h2>

Java 类加载器工作所依据的一组规则是以下三个原则：

<ul>

<li>唯一性属性</li>

<li>可见性原则</li>

</ul>

<h3 id="唯一性属性">唯一性属性</h3>

此属性确保没有类的重复，并且所有类都是唯一的。唯一性属性还确保由父类加载器加载的类不会由子类加载器加载。在父类加载器找不到类的情况下，当前实例将尝试自行完成。

Java 中的类加载器基于委托模型给出的一组操作工作。因此，每当生成查找类或资源的请求时，ClassLoader 实例会将类或资源的搜索委托给父类加载器。

ClassLoader 工作所基于的操作集如下：

<ul>

<li>每当遇到一个类时，Java 虚拟机都会检查该类是否已加载。</li>

<li>在加载类的情况下，JVM 继续执行类，但在未加载类的情况下，JVM 要求 Java 类加载器子系统加载该特定类。之后，类加载器子系统将控制权交给 Application 类加载器。</li>

<li>然后 Application 类加载器将请求委托给 Extension 类加载器，Extension 类加载器随后将请求传递给 Bootstrap 类加载器。</li>

<li>现在，Bootstrap 类加载器在 Bootstrap 类路径中搜索以检查该类是否可用。如果类可用，则加载它，否则请求再次传递给 Extension 类加载器。</li>

<li>Extension 类加载器检查扩展类路径中的类。如果类可用，则加载它，否则请求再次传递给 Application 类加载器。</li>

<li>最后，Application 类加载器在 Application 类路径中搜索类。如果类可用，则加载，否则将抛出 ClassNotFoundException 异常。</li>

</ul>

<figure><img src="/uploads/220320/I_2022032016505084f667.jpg" alt="Java 类加载器委托模型"><figcaption>Java 类加载器委托模型</figcaption></figure>

<h3 id="可见性原则">可见性原则</h3>

根据这个原则，子类对其父类加载器加载的类是可见的，反之则不成立。因此，Application 类加载器加载的类可以看到 Extension 和 Bootstrap 类加载器加载的类。

例如，如果我们有两个类：A 和 B，假设 A 类由 Application 类加载器加载，B 类由 Extensions 类加载器加载。这里，类 A 和 B 对 Application 类加载器加载的所有类可见，但类 B 仅对 Extension 类加载器加载的那些类可见。

此外，如果我们尝试使用 Bootstrap 类加载器加载这些类，将看到 java.lang.ClassNotFoundException 异常。

好了，既然我们已经了解了类加载器的类型及其背后的原理，那么让我们来看看 <code>java.lang.ClassLoader</code> 类中的几个重要方法。

<hr>

<h2 id="java-类加载器的方法">Java 类加载器的方法</h2>

类加载器的几个基本方法如下：

<ul>

<li>loadClass(String name, boolean resolve)</li>

<li>defineClass()</li>

<li>findClass(String name)</li>

<li>Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)</li>

<li>getParent()</li>

<li>getResource()</li>

</ul>

<h4 id="loadclassstring-name-boolean-resolve">loadClass(String name, boolean resolve)</h4>

该方法是类加载器的入口点，用于加载JVM引用的类。它将类的名称作为参数。 JVM 调用 loadClass() 方法，通过将布尔值设置为 true 来解析类引用。只有当我们需要确定类是否存在时，布尔参数才设置为 false。

其定义如下

<pre><code class="language-java hljs">public Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException

</code></pre>

<h4 id="defineclass">defineClass()</h4>

用于将字节数组定义为类实例的最终方法。如果该类无效，则会引发 ClassFormatError。

其定义如下

<pre><code class="language-java hljs">protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len) throws ClassFormatError

</code></pre>

<h4 id="findclassstring-name">findClass(String name)</h4>

findClass 方法用于查找指定的类。因此，它只是查找具有完全限定名称的类作为参数，但不加载该类。如果父类加载器找不到请求的类，则 loadClass() 方法调用此方法。此外，如果类加载器的父级没有找到该类，则默认实现会抛出 <code>ClassNotFoundException</code> 。

其定义如下

<pre><code class="language-java hljs">protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException

</code></pre>

<h4 id="classfornamestring-name-boolean-initialize-classloader-loader">Class.forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)</h4>

此方法用于加载和初始化类。它提供了选择任何类加载器的选项，如果类加载器参数为 NULL，则自动使用 Bootstrap 类加载器。

其定义如下

<pre><code class="language-java hljs">public static Class<?> forName(String name, boolean initialize, ClassLoader loader)throws ClassNotFoundException

</code></pre>

<h4 id="getparent">getParent()</h4>

getParent 方法用于返回父类加载器进行委托。

其定义如下

<pre><code class="language-java hljs">public final ClassLoader getParent()

</code></pre>

<h4 id="getresource">getResource()</h4>

顾名思义，getResource() 方法试图找到具有给定名称的资源。它最初会将请求委托给资源的父类加载器。如果 parent 为 null，则搜索 JVM 内置的类加载器的路径。现在，如果这失败了，那么该方法将调用 findResource(String) 来查找资源，其中资源名称被指定为可以是绝对或相对类路径的输入。然后，它返回一个用于读取资源的 URL 对象，或者如果资源没有足够的权限来返回资源或未找到，则返回空值。

其定义如下

<pre><code class="language-java hljs">public URL getResource(String name)

</code></pre>

接下来，在这篇关于Java中的类加载器的文章中，让我们了解一下自定义类加载器。

<hr>

<h2 id="自定义类加载器">自定义类加载器</h2>

内置的类加载器将处理文件已经在文件系统中的大多数情况，但如果想从本地硬盘加载类，那么我们需要使用自定义类加载器。

<h3 id="创建类加载器">创建类加载器</h3>

要创建自定义类加载器，需要继承 <code>ClassLoader</code> 类并覆盖 <code>findClass()</code> 方法：

示例：让我们创建一个自定义类加载器，它继承了默认 ClassLoader 并从指定文件加载字节数组。看下面的代码。

<pre><code class="language-java hljs">package jiyik;

import java.io.ByteArrayOutputStream;

import java.io.File;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStream;

public class Sample extends ClassLoader {

@Override

public Class findClass(String samplename) throws ClassNotFoundException {

byte[] b = customLoadClassFromFile(samplename);

return defineClass(samplename, b, 0, b.length);

}

private byte[] customLoadClassFromFile(String demofilename) {

InputStream inStream = getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(

demofilename.replace('.', File.separatorChar) + ".class");

byte[] buffer;

ByteArrayOutputStream bStream = new ByteArrayOutputStream();

int nextValue = 0;

try {

while ( (nextValue = inStream.read()) != -1 ) {

bStream.write(nextValue);

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

buffer = bStream.toByteArray();

return buffer;

}

</code></pre>

至此，我们就结束了这篇关于 Java 中的类加载器的文章。

本文转载自：迹忆客（https://www.jiyik.com）

以上是类加载器（ClassLoader）在 Java 中的作用是什么？的全部内容，来源链接： utcz.com/z/290308.html

类加载器（ClassLoader）在 Java 中的作用是什么？

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