编码踩坑——运行时报错java.lang.NoSuchMethodError / 同名类加载问题 / 双亲委派【建议收藏】

本篇介绍一个实际遇到的排查异常的case，涉及的知识点包括：类加载机制、jar包中的类加载顺序、JVM双亲委派模型、破坏双亲委派模型及自定义类加载器的代码示例；

问题背景

业务版本，旧功能升级，原先引用的一个二方包中的dubbo接口入参新增了属性，本次需要用到这个新属性；因此在pom中升级了该二方包的version；

在本地环境测试功能通过；

到test环境时，编译启动都正常，当运行时执行到该模块代码时报错java.lang.NoSuchMethodError；

问题排查

1. 初步推测是使用的snapshot二方包在部署test环境前被替换，原先的新增加的属性所在的包被旧版本代码替换，导致NoSuchMethodError；

通过查看仓库中包上传的记录，发现包并没有被替换；

这种情况比较极端，如果是编译前被替换，理论上应该编译不通过才对；

2. 推测可能是工程中存在"全限定类名完全一致"的多个类

Ctrl+N搜索类名，发现确实如此！

历史原因

这两个类实际上是有关系的；

由于历史原因，对JarA所在的工程做了微服务拆分，将C类所在的dubbo接口拆到了JarB所在的新的微服务工程；

为了减小切换微服务对业务方的影响，JarB所在的微服务工程打包时，C类所在的dubbo接口及相关类的全限定类名与原JarA所在的工程保持一致；

同时，原JarA所在的工程的dubbo服务，内部转发调用到新服务；

这样，就保证了新服务部署后，zk中新老服务名相同，业务方无感知；

问题分析

项目中存在2个全限定类名相同的类，这里记为C类；

工程中的C类分别来自Maven依赖中的2个二方包，分别记为JarA和JarB；

JarB中的C类的定义与JarA中的C类的定义基本一致，本次JarB新包中C类新增了一个属性M；

在编译过程中，编译器根据Maven的pom文件引入依赖的顺序，先加载了JarB，从而使用JarB的C类，因此代码中执行新属性M的setter方法，编译是通过的；

根据JVM的双亲委派模型，默认情况下相同全限定类名的类只会加载一次，因此JVM加载C类时只会从JarA或JarB选一个；

运行时，JVM加载类C，根据【操作系统】的选择，本次加载了JarA的C类的class文件，而JarA的C类没有新属性属性M，因此执行M的setter方法，报运行时异常提示找不到setter方法；

同名的两个C类来自不同的二方Jar包，他们是平级的，根据JVM的类加载机制——双亲委派模型，相同全限定类名的类默认只会加载一次（除非手动破坏双亲委派模型）；

Jar包中的类是使用AppClassLoader加载的，而类加载器中有一个命名空间的概念，同一个类加载器下，相同包名和类名的class只会被加载一次，如果已经加载过了，直接使用加载过的；

总的来说，编译器根据pom中的引包顺序选择了我们预期的JarB的C类，而运行时JVM仅加载了JarA中的旧的C类；因此导致——编译通过，运行时提示NoSuchMethodError；

小结

1.本次运行时java.lang.NoSuchMethodError产生的原因？

项目二方包中存在多个全限定类名相同的类，运行时加载错了类；

2.既然选错了类，为什么没有编译错误？

JVM类加载是一种懒加载模式，运行时在指定目录随机选择.class文件加载；

本地的编译器，改变编译器优先选择的Jar顺序从而选择哪个类（这个顺序在本地IDE中是可以手动调整的）；

例如这里的例子中，由于是maven依赖，因此主需要把JarA的依赖放在JarB前面即可修改编译器选择的类加载顺序，修改后则此处直接编译不通过，提示新属性的setter方法不存在，如下：

3.如果依赖中有多个全限定类名相同的类，那JVM会加载哪一个类呢？

比较靠谱的说法是，操作系统本身，控制了Jar包的默认加载顺序；也就是说，对于我们来说是不明确不确定的！

而Jar包的加载顺序，是跟classpath这个参数有关，当使用idea启动springboot的服务时，可以看到classpath参数的；包路径越靠前，越先被加载；

换句话说，如果靠前的Jar包里的类被加载了，后面Jar包里有同名同路径的类，就会被忽略掉，不会被加载；

4.如何解决这类问题？

先说结论：因为操作系统控制加载顺序，运行时加载的类可能跟编译时选择的类不一致，因此这种情况原则上需要避免而不是解决！

理论上不应该出现两个全限定类名，如果有一般是因为2个二方包同时引用了某个依赖，此时做手动排除即可；

对于本次情况，JarA的最新包已经全部去除了这个"重复的类C"，因此只需要更新JarA的二方包version即可，就不会有多个类了；

此外，JDK提供了一些骚操作来专门破坏双亲委派模型，可以让全限定类名相同的类被"加载多次"；

5.如何实现全限定类名相同的类被"加载多次"？

这里使用最简单的方式，将自定义的类加载器的parent置位null，跳过应用程序类加载器，这样2个这样的自定义类加载器就可以分别加载这2个类；示例如下：

IDE中Jar引用顺序决定哪个类被加载：

分别加载这2个类的代码示例：

/**
 * @author Akira
 * @description
 * @date 2023/2/10
 */
public class SameClassTestLocal {

    public static void main(String[] args) {

        ClassLoader classloader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        try {
            // 获取所有SameClassTest的.class路径
            Enumeration<URL> urls = classloader.getResources("pkg/my/SameClassTest.class");
            while (urls.hasMoreElements()) {
                // url有2个：jar:file:/E:/jar/jarB.jar!/pkg/my/SameClassTest.class和jar:file:/E:/jar/jarA.jar!/pkg/my/SameClassTest.class
                URL url = (URL) urls.nextElement();
                String fullPath = url.getPath();
                System.out.println("fullPath: " + fullPath);
                // 截取fullPath 获取jar文件的路径以及文件名，用来读取.class文件
                String[] strs = fullPath.split("!");
                String jarFilePath = strs[0].replace("file:/", "");
                String classFullName = strs[1].substring(1).replace(".class", "").replace("/", ".");
                System.out.println("jarFilePath: " + jarFilePath);
                System.out.println("classFullName: " + classFullName);

                // 关键步骤：用兄弟类加载器分别加载 父加载器置位null
                File file = new File(jarFilePath);
                URLClassLoader loader = new URLClassLoader(new URL[]{file.toURI().toURL()}, null);
                try {
                    // 加载类 .class转Class对象
                    Class<?> clazz = loader.loadClass(classFullName);
                    // 反射创建实体
                    Object obj = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
                    // 获取全部属性
                    final Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
                    if (fields.length > 0) {
                        // 这里通过反射获取Fields 判断是否有新属性"reqNo"
                        final boolean containsReqNo = Stream.of(fields).map(Field::getName).collect(Collectors.toSet()).contains("reqNo");
                        if (containsReqNo) {
                            // 如果有则执行setter方法
                            Method method = clazz.getMethod("setReqNo", String.class);
                            method.invoke(obj, "seqStr");
                            System.out.println("当前类的包路径:" + jarFilePath + ";当前类具备reqNo属性 " + "json:" + JSON.toJSONString(obj));
                        } else {
                            System.out.println("当前类的包路径:" + jarFilePath + ";当前类具备不具备属性-跳过");
                        }
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("-----当前类加载完成-----");
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

}

输出：

fullPath: file:/E:/jar/jarB.jar!/pkg/my/SameClassTest.class
jarFilePath: E:/jar/jarB.jar
classFullName: pkg.my.SameClassTest
当前类的包路径:E:/jar/jarB.jar;当前类具备reqNo属性 json:{"reqNo":"seqStr"}
-----当前类加载完成-----

fullPath: file:/E:/jar/jarA.jar!/pkg/my/SameClassTest.class
jarFilePath: E:/jar/jarA.jar
classFullName: pkg.my.SameClassTest
当前类的包路径:E:/jar/jarA.jar;当前类具备不具备属性-跳过
-----当前类加载完成-----

补充知识：类加载器

类加载器的作用

类加载器，顾名思义就是一个可以将Java字节码加载为java.lang.Class实例的工具；这个过程包括，读取字节数组、验证、解析、初始化等；

类加载器的特点

懒加载/动态加载：JVM并不是在启动时就把所有的.class文件都加载一遍，而是在程序运行的过程中，用到某个类时动态按需加载；这个动态加载的特点为热部署、热加载做了有力支持；

依赖加载：跟Spring的Bean的依赖注入过程有点像，当一个类加载器加载一个类时，这个类所依赖的、引用的其他所有类，都由这个类加载器加载；除非在程序中显式地指定另外一个类加载器加载；

哪几种类加载器

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载<JAVA_HOME>\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中；无法被Java程序直接引用；自定义类加载器时，如果想设置Bootstrap ClassLoader为其父加载器，可直接设置parent=null；

扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定路径中的所有类库；其父类加载器为启动类加载器；

应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库；被启动类加载器加载的，但它的父加载器是扩展类加载器；在一个应用程序中，系统类加载器一般是默认类加载器；

自定义类加载器（User ClassLoader）：用户自己定义的类加载器；一般情况下我们不会自定义类加载器，除非特殊情况破坏双亲委派模型，需要实现java.lang.ClassLoader接口；

一个类的唯一性

一个类的唯一性由加载它的类加载器和这个类的本身决定，类唯一标识包括2部分：（1）类的全限定名（2）类加载器的实例ID；

比较两个类是否相等（包括Class对象的equals()、isAssignableFrom()、isInstance()以及instanceof关键字等），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，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，这两个类就必定不相等；

补充知识：JVM双亲委派

什么是双亲委派

实现双亲委派机制，首先检查这个类是不是已经被加载过了，如果加载过了直接返回，否则委派给父加载器加载，这是一个递归调用，一层一层向上委派，最顶层的类加载器（启动类加载器）无法加载该类时，再一层一层向下委派给子类加载器加载；

JVM的类加载器是分层次的，它们有父子关系，而这个关系不是继承维护，而是组合，每个类加载器都持有一个parent字段；

除了启动类加载器外，其他所有类加载器都需要继承抽象类ClassLoader；

ClassLoader类的3个关键方法

defineClass方法：调用native方法把Java类的字节码解析成一个Class对象；

findClass：找到.class文件并把.class文件读到内存得到字节码数组，然后调用defineClass方法得到Class对象；

loadClass：实现双亲委派机制；当一个类加载器收到“去加载一个类”的请求时，会先把这个请求“委派”给其父类类加载器；这样无论哪个层的类加载器，加载请求最终都会委派给顶层的启动类加载器，启动类加载器在其目录下尝试加载该类；父加载器找不到该类时，子加载器才会自己尝试加载这个类；

为什么使用双亲委派模型？

双亲委派保证类加载器"自下而上的委派，自上而下的加载"，保证每一个类在各个类加载器中都是同一个类，换句话说，就是保证一个类只会加载一次；

一个非常明显的目的就是保证java官方的类库<JAVA_HOME>\lib和扩展类库<JAVA_HOME>\lib\ext的加载安全性，不会被开发者覆盖；

如果开发者通过自定义类尝试覆盖JDK中的类并加载，JVM一定会优先加载JDK中的类而不再加载用户自己尝试覆盖而定义的类；例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，无论哪个类加载器要加载这个类，最终都是委派给启动类加载器加载，因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类；

此外，根据ClassLoader类的源码（java.lang.ClassLoader#preDefineClass），java禁止用户用自定义的类加载器加载java.开头的官方类，也就是说只有启动类加载器BootstrapClassLoader才能加载java.开头的官方类；

类似的，如果开发者自己开发开源框架，也可以自定义类加载器，利用双亲委派模型，保护自己框架需要加载的类不被应用程序覆盖；