2011年計算機等級考試二級JAVA學習精華整理(4)

　　1.1.1.4 類加載器(ClassLoader)

　　1.1.1.4.1 基礎(chǔ)知識

　　靜態(tài)庫、動態(tài)連接庫

　　程序編制一般需經(jīng)編輯、編譯、連接、加載和運行幾個步驟。在我們的應(yīng)用中，有一些公共代碼是需要反復使用，就把這些代碼編譯為“庫”文件;在連接步驟中，連接器將從庫文件取得所需的代碼，復制到生成的可執(zhí)行文件中。這種庫稱為靜態(tài)庫，其特點是可執(zhí)行文件中包含了庫代碼的一份完整拷貝;缺點就是被多次使用就會有多份冗余拷貝。

　　為了克服這個缺點可以采用動態(tài)連接庫。這個時候連接器僅僅是在可執(zhí)行文件中打上標志，說明需要使用哪些動態(tài)連接庫;當運行程序時，加載器根據(jù)這些標志把所需的動態(tài)連接庫加載到內(nèi)存。

　　另外在當前的編程環(huán)境中，一般都提供方法讓程序在運行的時候把某個特定的動態(tài)連接庫加載并運行，也可以將其卸載(例如Win32的LoadLibrary()&FreeLibrary()和Posix的dlopen()&dlclose())。這個功能被廣泛地用于在程序運行時刻更新某些功能模塊或者是程序外觀。

　　What is ClassLoader?

　　與普通程序不同的是，Java程序(class文件)并不是本地的可執(zhí)行程序。當運行Java程序時，首先運行JVM(Java虛擬機)，然后再把Java class加載到JVM里頭運行，負責加載Java class的這部分就叫做Class Loader。

　　JVM本身包含了一個ClassLoader稱為Bootstrap ClassLoader，和JVM一樣，Bootstrap ClassLoader是用本地代碼實現(xiàn)的，它負責加載核心Java Class(即所有java.*開頭的類)。另外JVM還會提供兩個ClassLoader，它們都是用Java語言編寫的，由Bootstrap ClassLoader加載;其中Extension ClassLoader負責加載擴展的Java class(例如所有javax.*開頭的類和存放在JRE的ext目錄下的類)，Application ClassLoader負責加載應(yīng)用程序自身的類。

　　When to load the class?

　　什么時候JVM會使用ClassLoader加載一個類呢?當你使用java去執(zhí)行一個類，JVM使用Application ClassLoader加載這個類;然后如果類A引用了類B，不管是直接引用還是用Class.forName()引用，JVM就會找到加載類A的ClassLoader，并用這個ClassLoader來加載類B。

　　Why use your own ClassLoader?

　　似乎JVM自身的ClassLoader已經(jīng)足夠了，為什么我們還需要創(chuàng)建自己的ClassLoader呢?

　　因為JVM自帶的ClassLoader只是懂得從本地文件系統(tǒng)加載標準的java class文件，如果編寫你自己的ClassLoader，你可以做到：

　　1)在執(zhí)行非置信代碼之前，自動驗證數(shù)字簽名

　　2)動態(tài)地創(chuàng)建符合用戶特定需要的定制化構(gòu)建類

　　3)從特定的場所取得java class，例如數(shù)據(jù)庫中

　　4) 等等

　　事實上當使用Applet的時候，就用到了特定的ClassLoader，因為這時需要從網(wǎng)絡(luò)上加載java class，并且要檢查相關(guān)的安全信息。

　　目前的應(yīng)用服務(wù)器大都使用了ClassLoader技術(shù)，即使你不需要創(chuàng)建自己的ClassLoader，了解其原理也有助于更好地部署自己的應(yīng)用。

　　ClassLoader Tree & Delegation Model

　　當你決定創(chuàng)建你自己的ClassLoader時，需要繼承java.lang.ClassLoader或者它的子類。在實例化每個ClassLoader對象時，需要指定一個父對象;如果沒有指定的話，系統(tǒng)自動指定ClassLoader.getSystemClassLoader()為父對象。如下圖：

　　在Java 1.2后，java class的加載采用所謂的委托模式(Delegation Modle)，當調(diào)用一個ClassLoader.loadClass()加載一個類的時候，將遵循以下的步驟：

　　1)檢查這個類是否已經(jīng)被加載進來了?

　　2)如果還沒有加載，調(diào)用父對象加載該類

　　3)如果父對象無法加載，調(diào)用本對象的findClass()取得這個類。

　　所以當創(chuàng)建自己的Class Loader時，只需要重載findClass()這個方法。

　　Unloading? Reloading?

　　當一個java class被加載到JVM之后，它有沒有可能被卸載呢?我們知道Win32有FreeLibrary()函數(shù)，Posix有dlclose()函數(shù)可以被調(diào)用來卸載指定的動態(tài)連接庫，但是Java并沒有提供一個UnloadClass()的方法來卸載指定的類。

　　在Java中，java class的卸載僅僅是一種對系統(tǒng)的優(yōu)化，有助于減少應(yīng)用對內(nèi)存的占用。既然是一種優(yōu)化方法，那么就完全是JVM自行決定如何實現(xiàn)，對Java開發(fā)人員來說是完全透明的。

　　在什么時候一個java class/interface會被卸載呢?Sun公司的原話是這么說的："class or interface may be unloaded if and only if its class loader is unreachable. Classes loaded by the bootstrap loader may not be unloaded."

　　事實上我們關(guān)心的不是如何卸載類的，我們關(guān)心的是如何更新已經(jīng)被加載了的類從而更新應(yīng)用的功能。JSP則是一個非常典型的例子，如果一個JSP文件被更改了，應(yīng)用服務(wù)器則需要把更改后的JSP重新編譯，然后加載新生成的類來響應(yīng)后繼的請求。

　　其實一個已經(jīng)加載的類是無法被更新的，如果你試圖用同一個ClassLoader再次加載同一個類，就會得到異常(java.lang.LinkageError: duplicate class definition)，我們只能夠重新創(chuàng)建一個新的ClassLoader實例來再次加載新類。至于原來已經(jīng)加載的類，開發(fā)人員不必去管它，因為它可能還有實例正在被使用，只要相關(guān)的實例都被內(nèi)存回收了，那么JVM就會在適當?shù)臅r候把不會再使用的類卸載。

　　1.1.1.1.2 類加載的表現(xiàn)形式

　　java中的類是動態(tài)加載的，我們先看一下我們常用的類加載方式，先有一個感性的認識，才能進一步

　　深入討論,類加載無非就是下面三種方式。

　　class A{}

　　class B{}

　　class C{}

　　public class Loader{

　　public static void main(String[] args) throws Exception{

　　Class aa=A.class;

　　Class bb=Class.forName("B");

　　Class cc=ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("C");

　　}

　　}

　　我們先看.class字面量方式，很多人可能不知道這種方式，因為這種用法不是一般java語法。

　　通過javap我們可以發(fā)現(xiàn)，這種方式的大致等價于定義了一個靜態(tài)成員變量

　　static Class class$0;(后面的編號是增長的)

　　你可以試圖再定義一個 static Class class$0,應(yīng)該會收到一個編譯錯誤(重復定義)。

　　Class aa=A.class;

　　就相當于

　　if(class$0==null){

　　try{

　　Class.forName("A");

　　}

　　cacth(ClassNotFoundException e){

　　throw new NoClassDefFoundError(e);

　　}

　　}

　　Class aa=class$0;

　　可以很清楚的看到，這種類的字面量定義其實不是加載類的方式，而是被編譯器處理了，實質(zhì)

　　上是使用了Class.forName方法，但是使用這種方式有一個很大的好處就是不用處理異常，因為

　　編譯器處理的時候如果找不到類會拋出一個NoClassDefFoundError。也許你覺得需要處理

　　ClassNotFoundException這種異常，事實上99%的情況下我們可以把這種異常認為是一個錯誤。

　　所以大部分情況我們使用這種方式會更簡潔。

　　最常用的方式就是Class.forName方式了，這也是一個通用的上層調(diào)用。這個方法有兩個重載，

　　可能很多人都忽略了第二個方法。

　　public static Class forName(String name) throws ClassNotFoundException

　　public static Class forName(String name, boolean initialize,ClassLoader loader) throws ClassNotFoundException

　　第二個方法后面多了兩個參數(shù)，第二個參數(shù)表示是否初始化，第三個參數(shù)為指定的類加載器。

　　在上面的例子中：

　　Class bb=Class.forName("B");等價于

　　Class bb=Class.forName("B",true,Loader.class.getClassLoader());

　　這里要詳細說一下這個類的初始化這個參數(shù),如果這個參數(shù)為false的話，

　　類中的static成員不會被初始化，static語句塊也不會被執(zhí)行。

　　也就是類雖然被加載了，但是沒有被初始化，不過在第一次使用時仍然會初始化。

　　所以我們有時候會看到Class.forName("XXX").newInstance()這樣的語句，為什么這里要創(chuàng)建一個

　　不用的實例呢?不過是為了保證類被初始化(兼容以前的系統(tǒng))。

　　其實第二個方法是比較難用的，需要指定類加載器，如果不指定而且又沒有安裝安全管理器的化，

　　是無法加載類的，只要看一下具體的實現(xiàn)就明白了。

　　最本質(zhì)的方式當然是直接使用ClassLoader加載了，所有的類最終都是通過ClassLoader加載的，

　　Class cc=ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("C");

　　這里通過使用系統(tǒng)類加載器來加載某個類，很直接的方式，但是很遺憾的是通過這種方式加載類，

　　類是沒有被初始化的(也就是初始化被延遲到真正使用的時候).不過我們也可以借鑒上面的經(jīng)驗，加載

　　后實例化一個對象Class cc=ClassLoader.getSystemClassLoader().loadClass("C").newInstance()。

　　這里使用了系統(tǒng)類加載器，也是最常用的類加載器，從classpath中尋找要加載的類。

　　java中默認有三種類加載器：引導類加載器，擴展類加載器，系統(tǒng)類加載器。

　　java中的類加載有著規(guī)范的層次結(jié)構(gòu)，如果我們要了解類加載的過程，需要明確知道哪個類被誰

　　加載，某個類加載器加載了哪些類等等，就需要深入理解ClassLoader的本質(zhì)。

　　以上只是類加載的表面的東西，我們還將討論深層次的東西。

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