詳細(xì)深入分析 Java ClassLoader 工作機(jī)制

mdluo 發(fā)布于2019-08-14 17:39 / 2459人閱讀

摘要：作用負(fù)責(zé)將加載到中審查每個(gè)類由誰加載父優(yōu)先的等級加載機(jī)制將字節(jié)碼重新解析成統(tǒng)一要求的對象格式類結(jié)構(gòu)分析為了更好的理解類的加載機(jī)制，我們來深入研究一下和他的方法。就算兩個(gè)是同一份字節(jié)碼，如果被兩個(gè)不同的實(shí)例所加載，也會(huì)認(rèn)為它們是兩個(gè)不同。

申明：本文首發(fā)于詳細(xì)深入分析 ClassLoader 工作機(jī)制，如有轉(zhuǎn)載，注明原出處即可，謝謝配合。

什么是 ClassLoader ？

大家都知道，當(dāng)我們寫好一個(gè) Java 程序之后，不是管是 C/S 還是 B/S 應(yīng)用，都是由若干個(gè) .class 文件組織而成的一個(gè)完整的 Java 應(yīng)用程序，當(dāng)程序在運(yùn)行時(shí)，即會(huì)調(diào)用該程序的一個(gè)入口函數(shù)來調(diào)用系統(tǒng)的相關(guān)功能，而這些功能都被封裝在不同的 class 文件當(dāng)中，所以經(jīng)常要從這個(gè) class 文件中要調(diào)用另外一個(gè) class 文件中的方法，如果另外一個(gè)文件不存在的，則會(huì)引發(fā)系統(tǒng)異常。而程序在啟動(dòng)的時(shí)候，并不會(huì)一次性加載程序所要用的所有class文件，而是根據(jù)程序的需要，通過Java的類加載機(jī)制（ClassLoader）來動(dòng)態(tài)加載某個(gè) class 文件到內(nèi)存當(dāng)中的，從而只有 class 文件被載入到了內(nèi)存之后，才能被其它 class 所引用。所以 ClassLoader 就是用來動(dòng)態(tài)加載 class 文件到內(nèi)存當(dāng)中用的。

ClassLoader 作用：

負(fù)責(zé)將 Class 加載到 JVM 中

審查每個(gè)類由誰加載（父優(yōu)先的等級加載機(jī)制）

將 Class 字節(jié)碼重新解析成 JVM 統(tǒng)一要求的對象格式

1、ClassLoader 類結(jié)構(gòu)分析

為了更好的理解類的加載機(jī)制，我們來深入研究一下 ClassLoader 和他的方法。

public abstract class ClassLoader

ClassLoader類是一個(gè)抽象類，sun公司是這么解釋這個(gè)類的：

/**
 * A class loader is an object that is responsible for loading classes. The
 * class ClassLoader is an abstract class.  Given the binary name of a class, a class loader should attempt to
 * locate or generate data that constitutes a definition for the class.  A
 * typical strategy is to transform the name into a file name and then read a
 * "class file" of that name from a file system.
**/

大致意思如下：

class loader 是一個(gè)負(fù)責(zé)加載 classes 的對象，ClassLoader 類是一個(gè)抽象類，需要給出類的二進(jìn)制名稱，class loader 嘗試定位或者產(chǎn)生一個(gè) class 的數(shù)據(jù)，一個(gè)典型的策略是把二進(jìn)制名字轉(zhuǎn)換成文件名然后到文件系統(tǒng)中找到該文件。

以下是 ClassLoader 常用到的幾個(gè)方法及其重載方法：

ClassLoader

defineClass(byte[], int, int) 把字節(jié)數(shù)組 b中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成 Java 類，返回的結(jié)果是java.lang.Class類的實(shí)
例。這個(gè)方法被聲明為final的

findClass(String name) 查找名稱為 name的類，返回的結(jié)果是java.lang.Class類的實(shí)例

loadClass(String name) 加載名稱為 name的類，返回的結(jié)果是java.lang.Class類的實(shí)例

resolveClass(Class) 鏈接指定的 Java 類

其中 defineClass 方法用來將 byte 字節(jié)流解析成 JVM 能夠識別的 Class 對象，有了這個(gè)方法意味著我們不僅僅可以通過 class 文件實(shí)例化對象，還可以通過其他方式實(shí)例化對象，如果我們通過網(wǎng)絡(luò)接收到一個(gè)類的字節(jié)碼，拿到這個(gè)字節(jié)碼流直接創(chuàng)建類的 Class 對象形式實(shí)例化對象。如果直接調(diào)用這個(gè)方法生成類的 Class 對象，這個(gè)類的 Class 對象還沒有 resolve ，這個(gè) resolve 將會(huì)在這個(gè)對象真正實(shí)例化時(shí)才進(jìn)行。

接下來我們看loadClass方法的實(shí)現(xiàn)方式：

protected Class> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                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.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

該方法大概意思：

使用指定的二進(jìn)制名稱來加載類，這個(gè)方法的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)按照以下順序查找類： 調(diào)用findLoadedClass(String) 方法檢查這個(gè)類是否被加載過 使用父加載器調(diào)用 loadClass(String) 方法，如果父加載器為 Null，類加載器裝載虛擬機(jī)內(nèi)置的加載器調(diào)用 findClass(String) 方法裝載類， 如果，按照以上的步驟成功的找到對應(yīng)的類，并且該方法接收的 resolve 參數(shù)的值為 true,那么就調(diào)用resolveClass(Class) 方法來處理類。 ClassLoader 的子類最好覆蓋 findClass(String) 而不是這個(gè)方法。 除非被重寫，這個(gè)方法默認(rèn)在整個(gè)裝載過程中都是同步的（線程安全的）。

2、ClassLoader 的等級加載機(jī)制 Java默認(rèn)提供的三個(gè)ClassLoader

BootStrap ClassLoader：稱為啟動(dòng)類加載器，是Java類加載層次中最頂層的類加載器，負(fù)責(zé)加載JDK中的核心類庫，如：rt.jar、resources.jar、charsets.jar等，可通過如下程序獲得該類加載器從哪些地方加載了相關(guān)的jar或class文件：

public class BootStrapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
      URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
      for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
          System.out.println(urls[i].toExternalForm());
       }
    }
}

以下內(nèi)容是上述程序從本機(jī)JDK環(huán)境所獲得的結(jié)果：

其實(shí)上述結(jié)果也是通過查找 sun.boot.class.path 這個(gè)系統(tǒng)屬性所得知的。

System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

打印結(jié)果：C:Javajdk1.8.0_60jrelib
esources.jar;C:Javajdk1.8.0_60jrelib
t.jar;C:Javajdk1.8.0_60jrelibsunrsasign.jar;C:Javajdk1.8.0_60jrelibjsse.jar;C:Javajdk1.8.0_60jrelibjce.jar;C:Javajdk1.8.0_60jrelibcharsets.jar;C:Javajdk1.8.0_60jrelibjfr.jar;C:Javajdk1.8.0_60jreclasses

Extension ClassLoader：稱為擴(kuò)展類加載器，負(fù)責(zé)加載Java的擴(kuò)展類庫，Java 虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)會(huì)提供一個(gè)擴(kuò)展庫目錄。該類加載器在此目錄里面查找并加載 Java 類。默認(rèn)加載JAVA_HOME/jre/lib/ext/目下的所有jar。

App ClassLoader：稱為系統(tǒng)類加載器，負(fù)責(zé)加載應(yīng)用程序classpath目錄下的所有jar和class文件。一般來說，Java 應(yīng)用的類都是由它來完成加載的?？梢酝ㄟ^ ClassLoader.getSystemClassLoader()來獲取它。

除了系統(tǒng)提供的類加載器以外，開發(fā)人員可以通過繼承java.lang.ClassLoader類的方式實(shí)現(xiàn)自己的類加載器，以滿足一些特殊的需求。

除了引導(dǎo)類加載器之外，所有的類加載器都有一個(gè)父類加載器。給出的 getParent()方法可以得到。對于
系統(tǒng)提供的類加載器來說，系統(tǒng)類加載器的父類加載器是擴(kuò)展類加載器，而擴(kuò)展類加載器的父類加載器是引導(dǎo)類加載器；對于開發(fā)人員編寫的類加載器來說，其父類加載器是加載此類加載器 Java 類的類加載器。因?yàn)轭惣虞d器 Java 類如同其它的 Java 類一樣，也是要由類加載器來加載的。一般來說，開發(fā)人員編寫的類加載器的父類加載器是系統(tǒng)類加載器。類加載器通過這種方式組織起來，形成樹狀結(jié)構(gòu)。樹的根節(jié)點(diǎn)就是引導(dǎo)類加載器。

ClassLoader加載類的原理

1. 原理介紹

ClassLoader使用的是雙親委托模型來搜索類的，每個(gè)ClassLoader實(shí)例都有一個(gè)父類加載器的引用（不是繼承的關(guān)系，是一個(gè)包含的關(guān)系），虛擬機(jī)內(nèi)置的類加載器（Bootstrap ClassLoader）本身沒有父類加載器，但可以用作其它ClassLoader實(shí)例的的父類加載器。當(dāng)一個(gè)ClassLoader實(shí)例需要加載某個(gè)類時(shí)，它會(huì)試圖親自搜索某個(gè)類之前，先把這個(gè)任務(wù)委托給它的父類加載器，這個(gè)過程是由上至下依次檢查的，首先由最頂層的類加載器Bootstrap ClassLoader試圖加載，如果沒加載到，則把任務(wù)轉(zhuǎn)交給Extension ClassLoader試圖加載，如果也沒加載到，則轉(zhuǎn)交給App ClassLoader 進(jìn)行加載，如果它也沒有加載得到的話，則返回給委托的發(fā)起者，由它到指定的文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)等URL中加載該類。如果它們都沒有加載到這個(gè)類時(shí)，則拋出ClassNotFoundException異常。否則將這個(gè)找到的類生成一個(gè)類的定義，并將它加載到內(nèi)存當(dāng)中，最后返回這個(gè)類在內(nèi)存中的Class實(shí)例對象。

2、為什么要使用雙親委托這種模型呢？

因?yàn)檫@樣可以避免重復(fù)加載，當(dāng)父親已經(jīng)加載了該類的時(shí)候，就沒有必要 ClassLoader再加載一次。考慮到安全因素，我們試想一下，如果不使用這種委托模式，那我們就可以隨時(shí)使用自定義的String來動(dòng)態(tài)替代java核心api中定義的類型，這樣會(huì)存在非常大的安全隱患，而雙親委托的方式，就可以避免這種情況，因?yàn)镾tring已經(jīng)在啟動(dòng)時(shí)就被引導(dǎo)類加載器（Bootstrcp ClassLoader）加載，所以用戶自定義的ClassLoader永遠(yuǎn)也無法加載一個(gè)自己寫的String，除非你改變JDK中ClassLoader搜索類的默認(rèn)算法。

3、但是JVM在搜索類的時(shí)候，又是如何判定兩個(gè)class是相同的呢？

JVM在判定兩個(gè)class是否相同時(shí)，不僅要判斷兩個(gè)類名是否相同，而且要判斷是否由同一個(gè)類加載器實(shí)例加載的。只有兩者同時(shí)滿足的情況下，JVM才認(rèn)為這兩個(gè)class是相同的。就算兩個(gè)class是同一份class字節(jié)碼，如果被兩個(gè)不同的ClassLoader實(shí)例所加載，JVM也會(huì)認(rèn)為它們是兩個(gè)不同class。比如網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)Java類org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple，javac編譯之后生成字節(jié)碼文件NetClassLoaderSimple.class，ClassLoaderA和ClassLoaderB這兩個(gè)類加載器并讀取了NetClassLoaderSimple.class文件，并分別定義出了java.lang.Class實(shí)例來表示這個(gè)類，對于JVM來說，它們是兩個(gè)不同的實(shí)例對象，但它們確實(shí)是同一份字節(jié)碼文件，如果試圖將這個(gè)Class實(shí)例生成具體的對象進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，就會(huì)拋運(yùn)行時(shí)異常java.lang.ClassCaseException，提示這是兩個(gè)不同的類型。現(xiàn)在通過實(shí)例來驗(yàn)證上述所描述的是否正確：
1）、在web服務(wù)器上建一個(gè)org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple.java類

public class NetClassLoaderSimple
{
    private NetClassLoaderSimple instance;
    public void setNetClassLoaderSimple(Object object){
        this.instance = (NetClassLoaderSimple)object;
    }
}

org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類的setNetClassLoaderSimple方法接收一個(gè)Object類型參數(shù)，并將它強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple類型。

2）、測試兩個(gè)class是否相同 NetWorkClassLoader.java

package classloader;

public class NewworkClassLoaderTest {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //測試加載網(wǎng)絡(luò)中的class文件
            String rootUrl = "http://localhost:8080/httpweb/classes";
            String className = "org.classloader.simple.NetClassLoaderSimple";
            NetworkClassLoader ncl1 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
            NetworkClassLoader ncl2 = new NetworkClassLoader(rootUrl);
            Class clazz1 = ncl1.loadClass(className);
            Class clazz2 = ncl2.loadClass(className);
            Object obj1 = clazz1.newInstance();
            Object obj2 = clazz2.newInstance();
            clazz1.getMethod("setNetClassLoaderSimple", Object.class).invoke(obj1, obj2);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

首先獲得網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)class文件的二進(jìn)制名稱，然后通過自定義的類加載器NetworkClassLoader創(chuàng)建兩個(gè)實(shí)例，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址分別加載這份class，并得到這兩個(gè)ClassLoader實(shí)例加載后生成的Class實(shí)例clazz1和clazz2，最后將這兩個(gè)Class實(shí)例分別生成具體的實(shí)例對象obj1和obj2，再通過反射調(diào)用clazz1中的setNetClassLoaderSimple方法。

3）、查看測試結(jié)果

結(jié)論：從結(jié)果中可以看出，運(yùn)行時(shí)拋出了java.lang.ClassCastException異常。雖然兩個(gè)對象obj1和 obj2的類的名字相同，但是這兩個(gè)類是由不同的類加載器實(shí)例來加載的，所以JVM認(rèn)為它們就是兩個(gè)不同的類。

了解了這一點(diǎn)之后，就可以理解代理模式的設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)了。代理模式是為了保證 Java 核心庫的類型安全。所有 Java 應(yīng)用都至少需要引用 java.lang.Object類，也就是說在運(yùn)行的時(shí)候，java.lang.Object這個(gè)類需要被加載到 Java 虛擬機(jī)中。如果這個(gè)加載過程由 Java 應(yīng)用自己的類加載器來完成的話，很可能就存在多個(gè)版本的 java.lang.Object類，而且這些類之間是不兼容的。通過代理模式，對于 Java 核心庫的類的加載工作由引導(dǎo)類加載器來統(tǒng)一完成，保證了Java 應(yīng)用所使用的都是同一個(gè)版本的 Java 核心庫的類，是互相兼容的。

不同的類加載器為相同名稱的類創(chuàng)建了額外的名稱空間。相同名稱的類可以并存在 Java 虛擬機(jī)中，只需要用不同的類加載器來加載它們即可。不同類加載器加載的類之間是不兼容的，這就相當(dāng)于在 Java 虛擬機(jī)內(nèi)部創(chuàng)建了一個(gè)個(gè)相互隔離的 Java 類空間。

ClassLoader的體系架構(gòu)：

類加載器的樹狀組織結(jié)構(gòu)

測試一：

public class ClassLoaderTree
{
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader loader = ClassLoaderTree.class.getClassLoader();
        while (loader!=null){
            System.out.println(loader.toString());
            loader = loader.getParent();
        }
        System.out.println(loader);
    }
}

每個(gè) Java 類都維護(hù)著一個(gè)指向定義它的類加載器的引用，通過 getClassLoader()方法就可以獲取到此引用。代碼中通過遞歸調(diào)用 getParent()方法來輸出全部的父類加載器。

結(jié)果是：

第一個(gè)輸出的是 ClassLoaderTree類的類加載器，即系統(tǒng)類加載器。它是sun.misc.Launcher$AppClassLoader類的實(shí)例；第二個(gè)輸出的是擴(kuò)展類加載器，是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader類的實(shí)例。需要注意的是這里并沒有輸出引導(dǎo)類加載器，這是由于有些 JDK 的實(shí)現(xiàn)對于父類加載器是引導(dǎo)類加載器的情況，getParent()方法返回 null。第三行結(jié)果說明：ExtClassLoader的類加器是Bootstrap ClassLoader，因?yàn)?b>Bootstrap ClassLoader不是一個(gè)普通的Java類，所以ExtClassLoader的parent=null，所以第三行的打印結(jié)果為null就是這個(gè)原因。

測試二：

將ClassLoaderTree.class打包成ClassLoaderTree.jar，放到Extension ClassLoader的加載目錄下（JAVA_HOME/jre/lib/ext），然后重新運(yùn)行這個(gè)程序，得到的結(jié)果會(huì)是什么樣呢？

此處我在 IDEA 中的運(yùn)行結(jié)果還和上面的一樣，與文章深入分析Java ClassLoader原理中的有差距，具體原因未弄清楚，還希望讀者能夠親自測試。

那文章中的結(jié)果是：

打印結(jié)果分析：
為什么第一行的結(jié)果是ExtClassLoader呢？

因?yàn)?ClassLoader 的委托模型機(jī)制，當(dāng)我們要用 ClassLoaderTest.class 這個(gè)類的時(shí)候，AppClassLoader 在試圖加載之前，先委托給 Bootstrcp ClassLoader，Bootstracp ClassLoader 發(fā)現(xiàn)自己沒找到，它就告訴 ExtClassLoader，兄弟，我這里沒有這個(gè)類，你去加載看看，然后 Extension ClassLoader 拿著這個(gè)類去它指定的類路徑（JAVA_HOME/jre/lib/ext）試圖加載，唉，它發(fā)現(xiàn)在ClassLoaderTest.jar 這樣一個(gè)文件中包含 ClassLoaderTest.class 這樣的一個(gè)文件，然后它把找到的這個(gè)類加載到內(nèi)存當(dāng)中，并生成這個(gè)類的 Class 實(shí)例對象，最后把這個(gè)實(shí)例返回。所以 ClassLoaderTest.class 的類加載器是 ExtClassLoader。

第二行的結(jié)果為null，是因?yàn)镋xtClassLoader的父類加載器是Bootstrap ClassLoader。

JVM加載class文件的兩種方法；

隱式加載，程序在運(yùn)行過程中當(dāng)碰到通過new 等方式生成對象時(shí)，隱式調(diào)用類裝載器加載對應(yīng)的類到j(luò)vm中。

顯式加載，通過class.forname()、this.getClass.getClassLoader().loadClass()等方法顯式加載需要的類，或者我們自己實(shí)現(xiàn)的 ClassLoader 的 findlass() 方法。

下面介紹下 class.forName的加載類方法：

Class.forName是一個(gè)靜態(tài)方法，同樣可以用來加載類。該方法有兩種形式：Class.forName(String name,boolean initialize, ClassLoader loader)和Class.forName(String className)。第一種形式的參數(shù) name表示的是類的全名；initialize表示是否初始化類；loader表示加載時(shí)使用的類加載器。第二種形式則相當(dāng)于設(shè)置了參數(shù) initialize的值為 true，loader的值為當(dāng)前類的類加載器。Class.forName的一個(gè)很常見的用法是在加載數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)的時(shí)候。如
Class.forName("org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver")用來加載 Apache Derby 數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)。

類加載的動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)：

一個(gè)應(yīng)用程序總是由n多個(gè)類組成，Java程序啟動(dòng)時(shí)，并不是一次把所有的類全部加載后再運(yùn)行，它總是先把保證程序運(yùn)行的基礎(chǔ)類一次性加載到j(luò)vm中，其它類等到j(luò)vm用到的時(shí)候再加載，這樣的好處是節(jié)省了內(nèi)存的開銷，因?yàn)閖ava最早就是為嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，內(nèi)存寶貴，這是一種可以理解的機(jī)制，而用到時(shí)再加載這也是java動(dòng)態(tài)性的一種體現(xiàn)。

3、如何加載 class 文件

第一階段找到 .class 文件并把這個(gè)文件包含的字節(jié)碼加載到內(nèi)存中。

第二階段中分三步，字節(jié)碼驗(yàn)證；class 類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析及相應(yīng)的內(nèi)存分配；最后的符號表的鏈接。

第三階段是類中靜態(tài)屬性和初始化賦值，以及靜態(tài)塊的執(zhí)行等。

3.1 、加載字節(jié)碼到內(nèi)存

。。

3.2 、驗(yàn)證與分析

字節(jié)碼驗(yàn)證，類裝入器對于類的字節(jié)碼要做很多檢測，以確保格式正確，行為正確。

類裝備，準(zhǔn)備代表每個(gè)類中定義的字段、方法和實(shí)現(xiàn)接口所必須的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

解析，裝入器裝入類所引用的其他所有類。

4、常見加載類錯(cuò)誤分析 4.1 、 ClassNotFoundExecption

ClassNotFoundExecption 異常是平常碰到的最多的。這個(gè)異常通常發(fā)生在顯示加載類的時(shí)候。

public class ClassNotFoundExceptionTest
{
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class.forName("NotFoundClass");
        }catch (ClassNotFoundException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

顯示加載一個(gè)類通常有：

通過類 Class 中的 forName() 方法

通過類 ClassLoader 中的 loadClass() 方法

通過類 ClassLoader 中的 findSystemClass() 方法

出現(xiàn)這種錯(cuò)誤其實(shí)就是當(dāng) JVM 要加載指定文件的字節(jié)碼到內(nèi)存時(shí)，并沒有找到這個(gè)文件對應(yīng)的字節(jié)碼，也就是這個(gè)文件并不存在。解決方法就是檢查在當(dāng)前的 classpath 目錄下有沒有指定的文件。

4.2 、 NoClassDefFoundError

在JavaDoc中對NoClassDefFoundError的產(chǎn)生可能的情況就是使用new關(guān)鍵字、屬性引用某個(gè)類、繼承了某個(gè)接口或者類，以及方法的某個(gè)參數(shù)中引用了某個(gè)類，這時(shí)就會(huì)觸發(fā)JVM或者類加載器實(shí)例嘗試加載類型的定義，但是該定義卻沒有找到，影響了執(zhí)行路徑。換句話說，在編譯時(shí)這個(gè)類是能夠被找到的，但是在執(zhí)行時(shí)卻沒有找到。

解決這個(gè)錯(cuò)誤的方法就是確保每個(gè)類引用的類都在當(dāng)前的classpath下面。

4.3 、 UnsatisfiedLinkError

該錯(cuò)誤通常是在 JVM 啟動(dòng)的時(shí)候，如果 JVM 中的某個(gè) lib 刪除了，就有可能報(bào)這個(gè)錯(cuò)誤。

public class UnsatisfiedLinkErrorTest
{
    public native void nativeMethod();
    static {
        System.loadLibrary("NoLib");
    }
    public static void main(String[] args) {
        new UnsatisfiedLinkErrorTest().nativeMethod();  //解析native標(biāo)識的方法時(shí)JVM找不到對應(yīng)的庫文件
    }
}

4.4 、 ClassCastException

該錯(cuò)誤通常出現(xiàn)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤。

public class ClassCastExceptionTest
{
    public static Map m = new HashMap(){
        {
            put("a", "2");
        }
    };
    public static void main(String[] args) {
        Integer integer = (Integer) m.get("a"); //將m強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成Integer類型
        System.out.println(integer);
    }
}

注意：JVM 在做類型轉(zhuǎn)換時(shí)的規(guī)則：

對于普通對象，對象必須是目標(biāo)類的實(shí)例或目標(biāo)類的子類的實(shí)例。如果目標(biāo)類是接口，那么會(huì)把它當(dāng)作實(shí)現(xiàn)了該接口的一個(gè)子類。

對于數(shù)組類型，目標(biāo)類必須是數(shù)組類型或 java.lang.Object、java.lang.Cloneable、java.io.Serializable。

如果不滿足上面的規(guī)則，JVM 就會(huì)報(bào)錯(cuò)，有兩種方式可避免錯(cuò)誤：

在容器類型中顯式的指明這個(gè)容器所包含的對象類型。

先通過 instanceof 檢查是不是目標(biāo)類型，然后再進(jìn)行強(qiáng)制類型的轉(zhuǎn)換。

上面代碼中改成如下就可以避免錯(cuò)誤了：

4.5 、 ExceptionInInitializerError

public class ExceptionInInitializerErrorTest
{
    public static Map m = new HashMap(){{
        m.put("a", "2");
    }};
    public static void main(String[] args) {
        Integer integer = (Integer) m.get("a");
        System.out.println(integer);
    }
}

在初始化這個(gè)類時(shí)，給靜態(tài)屬性 m 賦值時(shí)出現(xiàn)了異常導(dǎo)致拋出錯(cuò)誤 ExceptionInInitializerError。

4.6 NoSuchMethodError

NoSuchMethodError代表這個(gè)類型確實(shí)存在，但是一個(gè)不正確的版本被加載了。為了解決這個(gè)問題我們可以使用 ‘-verbose:class’ 來判斷該JVM加載的到底是哪個(gè)版本。

4.7 LinkageError

有時(shí)候事情會(huì)變得更糟，和 ClassCastException 本質(zhì)一樣，加載自不同位置的相同類在同一段邏輯（比如：方法）中交互時(shí)，會(huì)出現(xiàn) LinkageError 。

LinkageError 需要觀察哪個(gè)類被不同的類加載器加載了，在哪個(gè)方法或者調(diào)用處發(fā)生（交匯）的，然后才能想解決方法，解決方法無外乎兩種。第一，還是不同的類加載器加載，但是相互不再交匯影響，這里需要針對發(fā)生問題的地方做一些改動(dòng)，比如更換實(shí)現(xiàn)方式，避免出現(xiàn)上述問題；第二，沖突的類需要由一個(gè)Parent類加載器進(jìn)行加載。LinkageError 和ClassCastException 本質(zhì)是一樣的，加載自不同類加載器的類型，在同一個(gè)類的方法或者調(diào)用中出現(xiàn)，如果有轉(zhuǎn)型操作那么就會(huì)拋 ClassCastException ，如果是直接的方法調(diào)用處的參數(shù)或者返回值解析，那么就會(huì)產(chǎn)生 LinkageError 。

5、常用的 ClassLoader 分析

。。參見書籍《深入分析Java Web技術(shù)內(nèi)幕》

6、如何實(shí)現(xiàn)自己的 ClassLoader

ClassLoader 能夠完成的事情有以下情況：

在自定義路徑下查找自定義的class類文件。

對我們自己要加載的類做特殊處理。

可以定義類的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

雖然在絕大多數(shù)情況下，系統(tǒng)默認(rèn)提供的類加載器實(shí)現(xiàn)已經(jīng)可以滿足需求。但是在某些情況下，您還是需要為應(yīng)用開發(fā)出自己的類加載器。比如您的應(yīng)用通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸 Java 類的字節(jié)代碼，為了保證安全性，這些字節(jié)代碼經(jīng)過了加密處理。這個(gè)時(shí)候您就需要自己的類加載器來從某個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址上讀取加密后的字節(jié)代碼，接著進(jìn)行解密和驗(yàn)證，最后定義出要在 Java 虛擬機(jī)中運(yùn)行的類來。

定義自已的類加載器分為兩步：
1、繼承java.lang.ClassLoader
2、重寫父類的findClass方法

6.1 、文件系統(tǒng)類加載器

加載存儲(chǔ)在文件系統(tǒng)上的 Java 字節(jié)代碼。

public class FileSystemClassLoader extends ClassLoader
{
    private String rootDir;

    public FileSystemClassLoader(String rootDir){
        this.rootDir = rootDir;
    }

    protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        byte[] classData = getClassData(name);
        if (classData == null){
            throw new ClassNotFoundException();
        }
        else {
            return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
        }
    }

    private byte[] getClassData(String className) {
        String path = classNameToPath(className);
        try {
            InputStream ins = new FileInputStream(path);
            ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
            int bufferSize = 4096;
            byte[] buffer = new byte[bufferSize];
            int bytesNumRead = 0;
            while ((bytesNumRead = ins.read(buffer)) != -1){
                baos.write(buffer, 0, bytesNumRead);
            }
            return baos.toByteArray();
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }

    private String classNameToPath(String className) {
        return rootDir + File.separatorChar + className.replace(".", File.separatorChar) + ".class";
    }
}

類 FileSystemClassLoader繼承自類java.lang.ClassLoader。java.lang.ClassLoader類的方法loadClass()封裝了前面提到的代理模式的實(shí)現(xiàn)。該方法會(huì)首先調(diào)用 findLoadedClass()方法來檢查該類是否已經(jīng)被加載過；如果沒有加載過的話，會(huì)調(diào)用父類加載器的loadClass()方法來嘗試加載該類；如果父類加載器無法加載該類的話，就調(diào)用 findClass()方法來查找該類。因此，為了保證類加載器都正確實(shí)現(xiàn)代理模式，在開發(fā)自己的類加載器時(shí)，最好不要覆寫 loadClass()方法，而是覆寫findClass()方法。

類 FileSystemClassLoader的 findClass()方法首先根據(jù)類的全名在硬盤上查找類的字節(jié)代碼文件（.class 文
件），然后讀取該文件內(nèi)容，最后通過 defineClass()方法來把這些字節(jié)代碼轉(zhuǎn)換成 java.lang.Class類的實(shí)例。

6.2 、網(wǎng)絡(luò)類加載器

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)類加載器來說明如何通過類加載器來實(shí)現(xiàn)組件的動(dòng)態(tài)更新。即基本的場景是：Java 字節(jié)代碼（.class）文件存放在服務(wù)器上，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)的方式獲取字節(jié)代碼并執(zhí)行。當(dāng)有版本更新的時(shí)候，只需要替換掉服務(wù)
器上保存的文件即可。通過類加載器可以比較簡單的實(shí)現(xiàn)這種需求。

類 NetworkClassLoader 負(fù)責(zé)通過網(wǎng)絡(luò)下載 Java 類字節(jié)代碼并定義出 Java 類。它的實(shí)現(xiàn)與FileSystemClassLoader 類似。在通過 NetworkClassLoader 加載了某個(gè)版本的類之后，一般有兩種做法來使用它。第一種做法是使用 Java 反射 API。另外一種做法是使用接口。需要注意的是，并不能直接在客戶端代碼中引用從服務(wù)器上下載的類，因?yàn)榭蛻舳舜a的類加載器找不到這些類。使用 Java 反射 API 可以直接調(diào)用 Java 類的
方法。而使用接口的做法則是把接口的類放在客戶端中，從服務(wù)器上加載實(shí)現(xiàn)此接口的不同版本的類。在客戶端通過相同的接口來使用這些實(shí)現(xiàn)類。

網(wǎng)絡(luò)類加載器的代碼：ClassLoader

7、類加載器與Web容器

對于運(yùn)行在 Java EE?容器中的 Web 應(yīng)用來說，類加載器的實(shí)現(xiàn)方式與一般的 Java 應(yīng)用有所不同。不同的 Web 容器的實(shí)現(xiàn)方式也會(huì)有所不同。以 Apache Tomcat 來說，每個(gè)Web 應(yīng)用都有一個(gè)對應(yīng)的類加載器實(shí)例。該類加載器也使用代理模式，所不同的是它是首先嘗試去加載某個(gè)類，如果找不到再代理給父類加載器。這與一般類加載器的順序是相反的。這是 Java Servlet 規(guī)范中的推薦做法，其目的是使得Web 應(yīng)用自己的類的優(yōu)先級高于 Web 容器提供的類。這種代理模式的一個(gè)例外是：Java 核心庫的類是不在查找范圍之內(nèi)的。這也是為了保證 Java 核心庫的類型安全。

絕大多數(shù)情況下，Web 應(yīng)用的開發(fā)人員不需要考慮與類加載器相關(guān)的細(xì)節(jié)。下面給出幾條簡單的原則：

每個(gè) Web 應(yīng)用自己的 Java 類文件和使用的庫的 jar 包，分別放在 WEB-INF/classes和 WEB-INF/lib目錄下面。

多個(gè)應(yīng)用共享的 Java 類文件和 jar 包，分別放在 Web 容器指定的由所有 Web 應(yīng)用共享的目錄下面。

當(dāng)出現(xiàn)找不到類的錯(cuò)誤時(shí)，檢查當(dāng)前類的類加載器和當(dāng)前線程的上下文類加載器是否正確

8、總結(jié)

本篇文章詳細(xì)深入的介紹了 ClassLoader 的工作機(jī)制，還寫了如何自己實(shí)現(xiàn)所需的 ClassLoader 。

參考資料

1、深度分析 Java 的 ClassLoader 機(jī)制（源碼級別）

2、深入淺出ClassLoader

3、深入探討 Java 類加載器

4、深入分析Java ClassLoader原理

5、《深入分析 Java Web 技術(shù)內(nèi)幕》修訂版 —— 深入分析 ClassLoader 工作機(jī)制

云服務(wù)器 GPU云服務(wù)器工作機(jī)制引擎工作機(jī)制深入分析數(shù)據(jù)深入分析

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