【JVM】类加载器

news2024/11/20 2:43:09

类与类加载器

类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远超类加载阶段。对于任意一个类，都必须由加载它的类加载器和这个类本身一起共同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达得更通俗一些：比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个 Class文件，被同一个Java虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等。

public class ClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {
            @Override
            public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try {
                    String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1)+".class";
                    InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                    if (is == null) {
                        return super.loadClass(name);
                    }
                    byte[] b = new byte[is.available()];
                    is.read(b);
                    return defineClass(name, b, 0, b.length);
                } catch (IOException e) {
                    throw new ClassNotFoundException(name);
                }
            }
        };
        Object obj = myLoader.loadClass("com.ttpfx.classloader.ClassLoaderTest").newInstance();
        System.out.println(obj.getClass());
        System.out.println(obj instanceof com.ttpfx.classloader.ClassLoaderTest);
    }
}

上面代码输出结果为

class com.ttpfx.classloader.ClassLoaderTest
false

输出false的原因是Java虚拟机中同时存在了两个ClassLoaderTest类，一个是由虚拟机的应用程序类加载器所加载的，另外一个是由我们自定义的类加载器加载的，虽然它们都来自同一个Class文件，但在Java虚拟机中仍然是两个互相独立的类，做对象所属类型检查时的结果自然为false

双亲委派模型

站在Java虚拟机的角度来看，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另外一种就是其他所有的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立存在于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。

JDK 1.2以来，Java一直保持着三层类加载器、双亲委派的类加载架构

在Jdk8中，绝大多数Java程序都会使用到以下3个系统提供的类加载器来进行加载

启动类加载器（Bootstrap Class Loader）：这个类加载器负责加载存放在 \lib目录，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中存放的类
扩展类加载器（Extension Class Loader）：这个类加载器是在类sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 中以Java代码的形式实现的。它负责加载\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中所有的类库
应用程序类加载器（Application Class Loader）：也称它为“系统类加载器“，它负责加载用户类路径（ClassPath）上所有的类库，开发者同样可以直接在代码中使用这个类加载器。如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

JDK 9之前的Java应用都是由这三种类加载器互相配合来完成加载的，如果用户认为有必要，还可以加入自定义的类加载器来进行拓展，典型的如增加除了磁盘位置之外的Class文件来源，或者通过类加载器实现类的隔离、重载等功能。

类加载器之间的协作关系如下

各种类加载器之间的层次关系被称为类加载器的“双亲委派模型（Parents Delegation Model）”。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应有自己的父类加载器。不过这里类加载器之间的父子关系一般不是以继承（Inheritance）的关系来实现的，而是通常使用组合（Composition）关系来复用父加载器的代码。

双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到最顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需的类）时，子加载器才会尝试自己去完成加载。、

使用双亲委派机制的好处就是确保了类的唯一性和安全性，避免了类的重复加载和不安全的类替代。

loadClass方法源码如下

    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;
        }
    }

可以很清晰的看见类加载器在加载类之前都会先调用父类类加载器加载，如果加载失败才会调用当前类加载器

破坏双亲委派机制

当我们说要破坏双亲委派模型时，我们指的是在类加载机制中有意修改默认的双亲委派规则，以便更灵活地加载类或实现一些特殊的需求。下面详细解释如何实现这种破坏以及何时使用它：

自定义类加载器：

自定义类加载器是破坏双亲委派模型的最常见方式之一。您可以继承java.lang.ClassLoader类并覆盖loadClass方法来实现自定义的加载逻辑。在这个方法中，您可以指定在加载类时要采取的策略，例如是否使用双亲委派机制。
```
public class CustomClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 自定义加载逻辑，不按照双亲委派模型加载类
        return super.loadClass(name);
    }
}
```
使用自定义类加载器，可以加载特定位置的类文件、实现热替换或根据特定条件来加载类，而不受默认的双亲委派机制的限制。
模块化系统：

自从Java 9引入模块化系统，模块之间的依赖关系和可见性规则变得更加灵活。通过在模块描述文件中定义exports关键字，您可以指定哪些包对其他模块可见，从而允许某些类可以直接访问其他模块的类，而不受双亲委派机制的限制。
```
module com.example.mymodule {
    // 将包com.example.othermodule中的类对外导出
    exports com.example.othermodule;
}
```
这种方式允许您明确控制模块之间的类的可见性，而不必依赖于默认的双亲委派模型。
热替换：

热替换是一种在应用程序运行时替换已加载的类的技术，通常在开发和调试过程中使用。它可以使用Java的Instrumentation API或自定义类加载器来实现。通过重新加载类，您可以在不重启应用程序的情况下进行代码修改和调试，这超越了双亲委派模型的限制。