作者：盛戈歆

作者簡介

盛戈歆，軟件工程師，你可以通過shenggexin@topwaver.com與他聯(lián)系。

正文:

Java中類的查找與裝載出現(xiàn)的問題總是會時不時出現(xiàn)在Java程序員面前，這并不是什么丟臉的事情，相信沒有一個Java程序員沒遇到過ClassNotException,因此不要為被人瞅見自己也犯這樣的錯誤而覺得不自然，但是在如果出現(xiàn)了ClassNotFoundException后異常后一臉的茫然，那我想你該了解一下java的類裝載的體制了，同時為了進(jìn)行下面的關(guān)于類裝載器之間的隔離性的討論，我們先簡單介紹一下類裝載的體系結(jié)構(gòu)。

1. Java類裝載體系結(jié)構(gòu)

裝載類的過程非常簡單：查找類所在位置，并將找到的Java類的字節(jié)碼裝入內(nèi)存，生成對應(yīng)的Class對象。Java的類裝載器專門用來實現(xiàn)這樣的過程，JVM并不止有一個類裝載器，事實上，如果你愿意的話，你可以讓JVM擁有無數(shù)個類裝載器，當(dāng)然這除了測試JVM外，我想不出還有其他的用途。你應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)到了這樣一個問題，類裝載器自身也是一個類，它也需要被裝載到內(nèi)存中來，那么這些類裝載器由誰來裝載呢，總得有個根吧？沒錯，確實存在這樣的根，它就是神龍見首不見尾的Bootstrap ClassLoader. 為什么說它神龍見首不見尾呢，因為你根本無法在Java代碼中抓住哪怕是它的一點(diǎn)點(diǎn)的尾巴，盡管你能時時刻刻體會到它的存在，因為java的運(yùn)行環(huán)境所需要的所有類庫，都由它來裝載，而它本身是C++寫的程序，可以獨(dú)立運(yùn)行,可以說是JVM的運(yùn)行起點(diǎn),偉大吧。在Bootstrap完成它的任務(wù)后，會生成一個AppClassLoader(實際上之前系統(tǒng)還會使用擴(kuò)展類裝載器ExtClassLoader，它用于裝載Java運(yùn)行環(huán)境擴(kuò)展包中的類),這個類裝載器才是我們經(jīng)常使用的，可以調(diào)用ClassLoader.getSystemClassLoader() 來獲得，我們假定程序中沒有使用類裝載器相關(guān)操作設(shè)定或者自定義新的類裝載器，那么我們編寫的所有java類通通會由它來裝載，值得尊敬吧。AppClassLoader查找類的區(qū)域就是耳熟能詳?shù)腃lasspath，也是初學(xué)者必須跨過的門檻，有沒有靈光一閃的感覺，我們按照它的類查找范圍給它取名為類路徑類裝載器。還是先前假定的情況，當(dāng)Java中出現(xiàn)新的類，AppClassLoader首先在類傳遞給它的父類類裝載器，也就是Extion ClassLoader，詢問它是否能夠裝載該類，如果能，那AppClassLoader就不干這活了，同樣Extion ClassLoader在裝載時，也會先問問它的父類裝載器。我們可以看出類裝載器實際上是一個樹狀的結(jié)構(gòu)圖，每個類裝載器有自己的父親，類裝載器在裝載類時，總是先讓自己的父類裝載器裝載(多么尊敬長輩),如果父類裝載器無法裝載該類時，自己就會動手裝載，如果它也裝載不了，那么對不起，它會大喊一聲：Exception，class not found。有必要提一句，當(dāng)由直接使用類路徑裝載器裝載類失敗拋出的是NoClassDefFoundException異常。如果使用自定義的類裝載器loadClass方法或者ClassLoader的findSystemClass方法裝載類，如果你不去刻意改變，那么拋出的是ClassNotFoundException。

我們簡短總結(jié)一下上面的討論：

1.JVM類裝載器的體系結(jié)構(gòu)可以看作是樹狀結(jié)構(gòu)。

2.父類裝載器優(yōu)先裝載。在父類裝載器裝載失敗的情況下再裝載，如果都裝載失敗則拋出ClassNotFoundException或者NoClassDefFoundError異常。

那么我們的類在什么情況下被裝載的呢？

2. 類如何被裝載

在java2中，JVM是如何裝載類的呢，可以分為兩種類型，一種是隱式的類裝載，一種式顯式的類裝載。

2.1 隱式的類裝載

隱式的類裝載是編碼中最常用得方式：

A b = new A();

如果程序運(yùn)行到這段代碼時還沒有A類，那么JVM會請求裝載當(dāng)前類的類裝器來裝載類。問題來了，我把代碼弄得復(fù)雜一點(diǎn)點(diǎn)，但依舊沒有任何難度，請思考JVM得裝載次序：

package test;
Public class A{
    public void static main(String args[]){
        B b ＝ new B();
    }
}

class B{C c;}

class C{}

揭曉答案，類裝載的次序為A->B，而類C根本不會被JVM理會,先不要驚訝，仔細(xì)想想，這不正是我們最需要得到的結(jié)果。我們仔細(xì)了解一下JVM裝載順序。當(dāng)使用Java A命令運(yùn)行A類時，JVM會首先要求類路徑類裝載器(AppClassLoader)裝載A類，但是這時只裝載A，不會裝載A中出現(xiàn)的其他類(B類)，接著它會調(diào)用A中的main函數(shù)，直到運(yùn)行語句b ＝ new B()時，JVM發(fā)現(xiàn)必須裝載B類程序才能繼續(xù)運(yùn)行，于是類路徑類裝載器會去裝載B類，雖然我們可以看到B中有有C類的聲明，但是并不是實際的執(zhí)行語句，所以并不去裝載C類，也就是說JVM按照運(yùn)行時的有效執(zhí)行語句，來決定是否需要裝載新類，從而裝載盡可能少的類，這一點(diǎn)和編譯類是不相同的。

2.2 顯式的類裝載

使用顯示的類裝載方法很多，我們都裝載類test.A為例。

使用Class類的forName方法。它可以指定裝載器，也可以使用裝載當(dāng)前類的裝載器。例如：

Class.forName("test.A");
它的效果和
Class.forName("test.A",true,this.getClass().getClassLoader());
是一樣的。

使用類路徑類裝載裝載.

ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("test.A");

使用當(dāng)前進(jìn)程上下文的使用的類裝載器進(jìn)行裝載，這種裝載類的方法常常被有著復(fù)雜類裝載體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)所使用。

Thread.currentThread().getContextClassLoader().loadClass("test.A")

使用自定義的類裝載器裝載類

public class MyClassLoader extends URLClassLoader{
public MyClassLoader() {
        super(new URL[0]);
    }
}
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader();
myClassLoader.loadClass("test.A");

MyClassLoader繼承了URLClassLoader類，這是JDK核心包中的類裝載器，在沒有指定父類裝載器的情況下，類路徑類裝載器就是它的父類裝載器，MyClassLoader并沒有增加類的查找范圍，因此它和類路徑裝載器有相同的效果。

我們已經(jīng)知道Java的類裝載器體系結(jié)構(gòu)為樹狀，多個類裝載器可以指定同一個類裝載器作為自己的父類，每個子類裝載器就是樹狀結(jié)構(gòu)的一個分支，當(dāng)然它們又可以個有子類裝載器類裝載器，類裝載器也可以沒有父類裝載器，這時Bootstrap類裝載器將作為它的隱含父類，實際上Bootstrap類裝載器是所有類裝載器的祖先，也是樹狀結(jié)構(gòu)的根。這種樹狀體系結(jié)構(gòu)，以及父類裝載器優(yōu)先的機(jī)制，為我們編寫自定義的類裝載器提供了便利，同時可以讓程序按照我們希望的方式進(jìn)行類的裝載。例如某個程序的類裝載器體系結(jié)構(gòu)圖如下：



圖2：某個程序的類裝載器的結(jié)構(gòu)

解釋一下上面的圖，ClassLoaderA為自定義的類裝載器，它的父類裝載器為類路徑裝載器，它有兩個子類裝載器ClassLoaderAA和ClassLaderAB，ClassLoaderB為程序使用的另外一個類裝載器，它沒有父類裝載器，但有一個子類裝載器ClassLoaderBB。你可能會說，見鬼，我的程序怎么會使用這么復(fù)雜的類裝載器結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)行下面的討論，暫且委屈一下。

3. 奇怪的隔離性

我們不難發(fā)現(xiàn)，圖2中的類裝載器AA和AB， AB和BB，AA和B等等位于不同分支下，他們之間沒有父子關(guān)系，我不知道如何定義這種關(guān)系，姑且稱他們位于不同分支下。兩個位于不同分支的類裝載器具有隔離性，這種隔離性使得在分別使用它們裝載同一個類，也會在內(nèi)存中出現(xiàn)兩個Class類的實例。因為被具有隔離性的類裝載器裝載的類不會共享內(nèi)存空間，使得使用一個類裝載器不可能完成的任務(wù)變得可以輕而易舉，例如類的靜態(tài)變量可能同時擁有多個值（雖然好像作用不大），因為就算是被裝載類的同一靜態(tài)變量，它們也將被保存不同的內(nèi)存空間，又例如程序需要使用某些包，但又不希望被程序另外一些包所使用，很簡單，編寫自定義的類裝載器。類裝載器的這種隔離性在許多大型的軟件應(yīng)用和服務(wù)程序得到了很好的應(yīng)用。下面是同一個類靜態(tài)變量為不同值的例子。

package test;
public class A {
  public static void main( String[] args ) {
    try {
      //定義兩個類裝載器
      MyClassLoader aa= new MyClassLoader();
      MyClassLoader bb = new MyClassLoader();

      //用類裝載器aa裝載testb.B類
      Class clazz=aa.loadClass("testb. B");
      Constructor constructor=
        clazz.getConstructor(new Class[]{Integer.class});
      Object object =
     constructor.newInstance(new Object[]{new Integer(1)});
      Method method =
     clazz.getDeclaredMethod("printB",new Class[0]);

      //用類裝載器bb裝載testb.B類
      Class clazz2=bb.loadClass("testb. B");
      Constructor constructor2 =
        clazz2.getConstructor(new Class[]{Integer.class});
      Object object2 =
     constructor2.newInstance(new Object[]{new Integer(2)});
      Method method2 =
     clazz2.getDeclaredMethod("printB",new Class[0]);

      //顯示test.B中的靜態(tài)變量的值
      method.invoke( object,new Object[0]);
      method2.invoke( object2,new Object[0]);
    } catch ( Exception e ) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}



//Class B 必須位于MyClassLoader的查找范圍內(nèi)，
//而不應(yīng)該在MyClassLoader的父類裝載器的查找范圍內(nèi)。
package testb;
public class B {
    static int b ;

    public B(Integer testb) {
        b = testb.intValue();
    }

    public void printB() {
        System.out.print("my static field b is ", b);
    }
}



public class MyClassLoader extends URLClassLoader{
  private static File file = new File("c:\\classes ");
  //該路徑存放著class B，但是沒有class A

  public MyClassLoader() {
    super(getUrl());
  }

  public static URL[] getUrl() {
    try {
      return new URL[]{file.toURL()};
    } catch ( MalformedURLException e ) {
      return new URL[0];
    }
  }
}

程序的運(yùn)行結(jié)果為：

my static field b is 1
my static field b is 2

程序的結(jié)果非常有意思，從編程者的角度，我們甚至可以把不在同一個分支的類裝載器看作不同的java虛擬機(jī)，因為它們彼此覺察不到對方的存在。程序在使用具有分支的類裝載的體系結(jié)構(gòu)時要非常小心，弄清楚每個類裝載器的類查找范圍，盡量避免父類裝載器和子類裝載器的類查找范圍中有相同類名的類（包括包名和類名），下面這個例子就是用來說明這種情況可能帶來的問題。

假設(shè)有相同名字卻不同版本的接口 A，

版本 1：
package test;
Intefer Same{ public String getVersion(); }
版本 2：
Package test;
Intefer Same{ public String getName(); }

接口A兩個版本的實現(xiàn)：

版本1的實現(xiàn)
package test;
public class Same1Impl implements Same {
public String getVersion(){ return "A version 1";}
}
版本2的實現(xiàn)
public class Same 2Impl implements Same {
public String getName(){ return "A version 2";}
}

我們依然使用圖2的類裝載器結(jié)構(gòu)，首先將版本1的Same和Same的實現(xiàn)類Same1Impl打成包same1.jar，將版本2的Same和Same的實現(xiàn)類Same1Impl打成包same2.jar。現(xiàn)在，做這樣的事情，把same1.jar放入類裝載器ClassLoaderA的類查找范圍中，把same2.jar放入類裝器ClassLoaderAB的類查找范圍中。當(dāng)你興沖沖的運(yùn)行下面這個看似正確的程序。

實際上這個錯誤的是由父類載器優(yōu)先裝載的機(jī)制造成，當(dāng)類裝載器ClassLoaderAB在裝載Same2Impl類時發(fā)現(xiàn)必須裝載接口test.Same，于是按規(guī)定請求父類裝載器裝載，父類裝載器發(fā)現(xiàn)了版本1的test.Same接口并興沖沖的裝載，但是卻想不到Same2Impl所希望的是版本2 的test.Same，后面的事情可想而知了，異常被拋出。

我們很難責(zé)怪Java中暫時并沒有提供區(qū)分版本的機(jī)制，如果使用了比較復(fù)雜的類裝載器體系結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)了某個包或者類的多個版本時，應(yīng)特別注意。

掌握和靈活運(yùn)用Java的類裝載器的體系結(jié)構(gòu)，對程序的系統(tǒng)設(shè)計，程序的實現(xiàn)，已經(jīng)程序的調(diào)試，都有相當(dāng)大的幫助。希望以上的內(nèi)容能夠?qū)δ�有所幫助�?br>