Java 是如何加载类的?

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2024-02-24

Java 是如何加载类的?

本文只是从 Java 的角度出发,并不涉及 Android 的类加载方式。

从上一篇解析类加载机制的文章:

我们已经知道了 ClassLoader 的委托机制。

本篇文章我们来详细分析下 ClassLoader 是如何加载 Java 类的。

一、ClassLoader 使用

Java 是如何加载类的?

流程简单说是这样的:

  • 我们用 ClassLoader 的 loadClass() 方法获取到了对应类的 class 文件;
  • 随后通过 class 文件调用 newInstance() 方法创建了对应类的实例;
  • 然后调用实例的方法;

那么其实 loadClass() 就是我们加载类的关键一步。

二、loadClass() 源码解析

从上例中,点击 loadClass() 方法,进入 ClassLoader 源码

Java 是如何加载类的?

发现实际起作用的还是 loadClass(name,false) 这个方法,我们点进去看看

Java 是如何加载类的?

源码的解释已经很清楚了,我们再来看下实际代码

Java 是如何加载类的?

用流程图可以这样概括一下

Java 是如何加载类的?

我们逐个步骤看下吧

① 保证线程安全

 synchronized (getClassLoadingLock(name)) 

给整个 loadClass 的过程加了一把同步锁,避免了多线程共同加载相同名字的 class 的类加载问题。

② 查看是否已加载

Java 是如何加载类的?



 findLoadedClass(name) 

看了源码,发现查看对应名字的 class 是否已被加载是调用的 native 方法:

 findLoadedClass(name) 

如果 class 已经被加载,那么就直接返回加载的 Class 文件;

如果 class 并未被加载,那么继续进行下面的步骤。

③ 查找「父’类加载器」

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我们再看下全局变量 parent 的声明

Java 是如何加载类的?

Java 是如何加载类的?

所以,在加载类时,起初 parent 不为 null,所以会调用

 parent.loadClass(name,false) 

依次往父级上推,直到 parent 为 null,即追溯到的「父’类加载器」是

BootStrap,则会调用

 findBootstrapClassOrNull(name) 

方法,我们来看下这个方法的定义

Java 是如何加载类的?

这个方法会返回一个“被 bootstrap 加载过的类,如果没有找到,则会返回 null ”

而真正的逻辑处理也是一个 native 方法:

 findBootstrapClass(name) 

如果这个方法返回值不为 null ,loadClass 流程会进入:

 parent.loadClass(name, false) 

阶段,依次往父级上推,直到出现下方情况之一

  • 加载成功,返回加载好的类
  • 加载失败,返回 null
  • 加载异常,抛出 ClassNotFoundException 异常

则结束此过程。

④ 如果加载失败,返回为 null,则会调用:

 findClass(name) 

Java 是如何加载类的?

即如果我们没有自定义类加载器,默认则会抛出

ClassNotFoundException 异常。

ok ,这样整个过程就结束了。

我们可以看到,整个 loadClass() 的方法会有两种情况:

  • 加载成功,返回加载好的类
  • 加载异常,抛出 ClassNotFoundException 异常

三、单纯了解了 ClassLoader 中的 loadClass() 不够,我们来自定义一个类加载器吧

我的例子的思路大致是:

① 创建一个需要被自定义的 ClassLoader 加载的 java 文件,并编译成为 class 文件

Java 是如何加载类的?

很简单,就是打印一句话,但此例是我们要创建 java 文件的基类。

下面是我们的需要加载的 java 文件,即上面基类的子类。

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运行,得到 class 文件

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红框内即我们得到的class 文件

② 在我们工程目录下创建一个新的目录,用来存放我们创建好的 class 文件

Java 是如何加载类的?

③ 编写我们的自定义 ClassLoader 文件

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对,没有可扩展性,路径都是定的。

因为上文中我们解析 loadClass() 方法的源码时,得知我们需要重写

findClass

方法,所以这里就重写了下,主要功能就是找到我们放到 myclasses 文件夹下的 class 文件,并且调用 defineClass 方法去解析出来。

④ 创建运行类,查看类加载器的加载规则

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打印结果是

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我们发现,同样是通过 myClassLoader 的实例加载的类,但是当我们加载

MyClassLoaderTest 时:

 Class loadClass = classLoader.loadClass("com.guaju.classloadertest.MyClassLoaderTest"); 

真正的类加载器是 AppClassLoader

而当我们加载 PrintUtil 时:

  Class<?> loadClass = myClassLoader.loadClass("PrintUtil"); 

真正的类加载器是 MyClassLoader。

当我们修改 PrintUtils 的加载方式时

Java 是如何加载类的?

真正的类加载器也是 AppClassLoader

Java 是如何加载类的?

总结得到这两点:

  • 自定义类加载器时,如果传入完整类名,会优先使用系统类加载器去加载类,如果系统类加载器找不到该类,则会调用自定义的类加载器。
  • 自定义类加载器时,需要使用 findClass 去定位需要加载的类,读取并调用 defineClass 方法去解析类

好了,本篇完~~~

后续会继续针对 Android 项目的类加载进行解析,如果有兴趣想继续看,点个关注吧~