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王軍偉Tech · 更新于 2020-08-28

JVM 類加載器分類

1. 前言

我們之前對(duì)類加載子系統(tǒng)進(jìn)行過簡要的介紹，此處我們將會(huì)進(jìn)行更加細(xì)致的講解。本節(jié)主要知識(shí)點(diǎn)如下：

  • 啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器的作用及代碼驗(yàn)證，為本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容之一；
  • 擴(kuò)展（Extension）類加載器的作用及代碼驗(yàn)證，為本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容之一；
  • 系統(tǒng)（System Application）類加載器的作用及代碼驗(yàn)證，為本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容之一。

通篇皆為重點(diǎn)內(nèi)容，都是學(xué)習(xí)者需要重點(diǎn)掌握的。并且此節(jié)的內(nèi)容也是后續(xù)內(nèi)容的知識(shí)基礎(chǔ)，為了更順利的進(jìn)行學(xué)習(xí)，次節(jié)內(nèi)容需要重點(diǎn)掌握。

2. 類加載子系統(tǒng)知識(shí)回顧

我們在JVM 總體架構(gòu)的講解過程中，提到過類加載子系統(tǒng)的工作流程分為三步：加載->鏈接->初始化。如下圖所示：

圖片描述

本節(jié)我們所討論的內(nèi)容都是圍繞第一步“加載（Loading）” 進(jìn)行的。對(duì)于鏈接和初始化，我們會(huì)在后邊的章節(jié)進(jìn)行講解。

我們將加載（Loading）這一步，再進(jìn)行下細(xì)致的模塊劃分，如下圖所示：

圖片描述

從上圖中我們可看到，加載（loading）這一步，里邊包含了三個(gè)更加細(xì)粒度的模塊，分別為 BootStrap Class Loader，Extention Class Loader 和 Application Class Loader，這三個(gè) Class Loader 就是我們加載過程中必須要使用到的三大類加載器。

3. 啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器

定義：啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器也稱為引導(dǎo)類加載器，該加載器是用本地代碼實(shí)現(xiàn)的類加載器，它所加載的類庫絕大多數(shù)都是出自 %JAVA_HOME%/lib 下面的核心類庫，當(dāng)然還有其他少部分所需類庫。

由于引導(dǎo)類加載器涉及到虛擬機(jī)本地實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，開發(fā)者無法直接獲取到啟動(dòng)類加載器的引用，所以不允許直接通過引用進(jìn)行操作。

Tips：從上述定義的描述中，我們可以看到一個(gè)特別需要關(guān)注的點(diǎn)：啟動(dòng)類加載器加載的絕對(duì)大多數(shù)是 %JAVA_HOME%/lib 下邊的核心類庫。這句話完完全全的體現(xiàn)出了啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器存在的意義。對(duì)于其他少部分核心類的加載，我們在代碼驗(yàn)證過程中來講解。接下來，讓我們通過示例代碼進(jìn)行下驗(yàn)證。

示例：通過編寫一個(gè) main 函數(shù)，打印出通過啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器加載的所有的類庫信息，以證實(shí)啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器加載的是 %JAVA_HOME%/lib 下邊的核心類庫。

Tips：注意下 main 函數(shù)代碼的第二行代碼 URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs(); 這是通過 sun 公司提供的 Launcher 包獲取 Bootstrap 類加載器下 ClassPath 下的所有的 URL。

import java.net.URL;

public class LoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("BootstrapClassLoader 的加載路徑: ");
        URL[] urls = sun.misc.Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
        for(URL url : urls)
            System.out.println(url);
     }
}

結(jié)果驗(yàn)證：運(yùn)行 main 函數(shù)。

Tips：此處運(yùn)行結(jié)果所打印的類庫的絕對(duì)路徑為本人本機(jī)的安裝路徑，學(xué)習(xí)者應(yīng)按照自己真實(shí)的JDK安裝路徑以及版本對(duì)號(hào)入座，此處僅為示例。

BootstrapClassLoader 的加載路徑: 
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/resources.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/rt.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/jce.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/classes

結(jié)果解析：我們可以看到，運(yùn)行結(jié)果中的前 7 個(gè)類庫（不同的JDK版本會(huì)有差異，此處我們討論的是JDK 1.8版本），都是出自lib下的核心類庫。但是對(duì)于最后一條加載信息卻不是 lib 下的類庫。我們仔細(xì)看下最后這條信息的加載 file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/classes。

這就是前文我們所提到的其他少部分的核心類庫加載，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己真實(shí)的安裝位置打開 /jre 文件夾，看看是否存在 /classes 路徑。結(jié)果是 /classes 文件夾路徑并不存在，除非我們進(jìn)行特殊的參數(shù)創(chuàng)建才可以出現(xiàn) /classes 路徑。此處并非我們主要討論的問題，我們關(guān)注的是lib文件夾下的核心類庫加載，這里僅做了解即可。

4. 擴(kuò)展（Extension）類加載器

定義：擴(kuò)展類加載器是由 Sun 公司提供的 ExtClassLoader（sun.misc.Launcher$ExtClassLoader）實(shí)現(xiàn)的，它負(fù)責(zé)將 %JAVA_HOME%/lib/ext 或者少數(shù)由系統(tǒng)變量 -Djava.ext.dir 指定位置中的類庫加載到內(nèi)存中。開發(fā)者可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展類加載器。

Tips：此處我們依舊對(duì)大多數(shù)的核心類庫加載位置進(jìn)行討論，即 %JAVA_HOME%/lib/ext 文件夾下的擴(kuò)展核心類庫。對(duì)于系統(tǒng)變量指定的類庫，稍作了解即可。下邊進(jìn)行示例代碼驗(yàn)證

示例：

import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;
public class LoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //取得擴(kuò)展類加載器
        URLClassLoader extClassLoader = (URLClassLoader)ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
        System.out.println(extClassLoader);
        System.out.println("擴(kuò)展類加載器 的加載路徑: ");
        URL[] urls = extClassLoader.getURLs();
        for(URL url : urls)
            System.out.println(url);
     }
}

結(jié)果驗(yàn)證：運(yùn)行 main 函數(shù)。

擴(kuò)展類加載器 的加載路徑: 
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/access-bridge-64.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/cldrdata.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/dnsns.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/jaccess.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/jfxrt.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/localedata.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/nashorn.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunec.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunmscapi.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/zipfs.jar

結(jié)果解析：我們可以看到，運(yùn)行結(jié)果中所有的核心類庫均來自 %JAVA_HOME%/lib/ext 的文件夾。

5. 系統(tǒng)（System Application）類加載器

定義：系統(tǒng)類加載器是由 Sun 公司提供的 AppClassLoader（sun.misc.Launcher$AppClassLoader）實(shí)現(xiàn)的，它負(fù)責(zé)將 用戶類路徑（java -classpath或-Djava.class.path變量所指的目錄，即當(dāng)前類所在路徑及其引用的第三方類庫的路徑）下的類庫加載到內(nèi)存中。開發(fā)者可以直接使用系統(tǒng)類加載器。

Tips：系統(tǒng)（System Application）類加載器加載的核心類庫類型比較多，也會(huì)加載 lib 下的未被 BootStrap 類加載器加載的類庫，還會(huì)加載 ext 文件夾下的未被 Extension 類加載器加載的類庫，以及其他類庫?？偠灾痪湓挘虞d除了 BootStrap 類加載器和 Extension 類加載器所加載的其余的所有的核心類庫。

示例：

import java.net.URL;
import java.net.URLClassLoader;
public class LoaderDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //取得應(yīng)用(系統(tǒng))類加載器
        URLClassLoader appClassLoader = (URLClassLoader)ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(appClassLoader);
        System.out.println("應(yīng)用(系統(tǒng))類加載器 的加載路徑: ");
        URL[] urls = appClassLoader.getURLs();
        for(URL url : urls)
            System.out.println(url);
     }
}

結(jié)果驗(yàn)證：運(yùn)行 main 函數(shù)。

應(yīng)用(系統(tǒng))類加載器 的加載路徑: 
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/charsets.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/deploy.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/access-bridge-64.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/cldrdata.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/dnsns.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/jaccess.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/jfxrt.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/localedata.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/nashorn.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunec.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunmscapi.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/ext/zipfs.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/javaws.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/jce.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/jfr.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/jfxswt.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/jsse.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/management-agent.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/plugin.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/resources.jar
file:/D:/Programs/Java/jdk1.8.0_111/jre/lib/rt.jar
file:/E:/IdeaWorkspace/LeeCode/target/classes/
file:/D:/Programs/IntelliJ%20IDEA%20Educational%20Edition%202019.3.1/lib/idea_rt.jar

結(jié)果解析：我們可以看到， 系統(tǒng)（System Application）類加載器加載的類庫種類很多，除了之前兩種類加載器加載的類庫，其余必須的核心類庫，都由系統(tǒng)類加載器加載。

6. 小結(jié)

對(duì)于類加載器中的第一步加載（Loading），我們主要講解了 3 種類加載器。并且對(duì)不同的類加載器所加載的類庫進(jìn)行了講解以及代碼驗(yàn)證。通篇皆為重點(diǎn)知識(shí)，需要學(xué)習(xí)者用心學(xué)習(xí)。

對(duì)于加載（Loading）這一步，我們還未講解完，下節(jié)課程會(huì)講解加載（Loading）這一步所遵循的雙親委派模型，本節(jié)作為下一節(jié)的知識(shí)基礎(chǔ)，更需要著重理解、掌握。