ClassLoader 隔离性的基石是namespace，证明给你看

news2024/11/17 14:17:40

一、背景

朋友：在我知识体系中ClassLoader的双亲委派机制是流畅丝滑的，可是看到通过委派执行类加载来保障这种分治能力，进而达到了类资源的隔离性突然就感觉有点陌生和排斥呢？

我：类的命名空间有了解嘛？

朋友：你是说package嘛？

我：我说的是ClassLoader中的 nameSpace

朋友：啥玩意儿？

本篇是对ClassLoader中的namespace做个直观的介绍和验证。这个知识点笔者个人认为很重要，多次帮助笔者解决日常工作中遇到的疑难杂症，如果你尚未认真研究过ClassLoader，但懵懂的认知让你觉得这个应该很简单，那请看下图，若看不懂则表明你可能并不了解ClassLoader中得一些关键逻辑；不贩卖焦虑，不感兴趣则忽略，知道个大概即可，不会它并不影响你做一个优秀的程序员。

namespace(图片来自网络).png

二、Classloader的分治和委派机制

上下文同步，已了解这部分的读者朋友可直接跳过，进过第三小节。

ClassLoader 是个抽象类，其子类 UrlClassLoader 引入 URL 资源概念，以此方式来约束自己只加载 URL 覆盖范围内的类文件；ExtClassLoader、AppClassLoader 都是 UrlClassLoader 的子类，各自分管的资源路径不同，即给定的 URL 不同则管辖范围不同，并通过委派执行类加载来保障这种分治能力，进而达到了类资源的隔离性。

上图是标准的委派机制，总结为2个方面：

父加载器能加载父加载器来加载：
- 自己在加载资源之前，先让父类加载器去加载。父类再找其父类，直到BootStrapClassLoader（它没有父类加载器）。
- 保证了等级越高，加载的优先权越高
父加载器不加载我就来加载（findClass)；我加载不了的子加载器来加载：
- 若父类加载器没有加载成功，才逐级下放这个加载权。
- 子类加载器不能加载父类加载器能加载的类，如 java.lang.String ，即使用户自己编造一份这个类型，启动类加载器优先将 java.lang.String 加载成功后，应用类加载器就不会再加载用户自己编造的。

下图描述了 SkyWalking Agent 通过自定义的类加载器AgentClassLoader 加载插件中的类，不会对宿主应用中的类产生污染。

三、`namespace`是什么？

每个类加载器都对应一个namespace，汉化叫命名空间(我个人其实更喜欢汉化为名字空间)，命名空间由该加载器及所有父类加载器所加载的类组成。这样的介绍很抽象，网络资料中也多是这么几句话，我会从更多的细粒度视角带您进一步了解它。

3.1 同一个命名空间中，类只加载一份

比如AppClassLoader加载程序中编写的类。无论加载多少次，只要是被AppClassLoader加载的，其Class信息的hashcode都是相同的。

3.2 子加载器可见父加载器加载的类

这个更容易举例，核心类库的类由BootStrapClassLoder 加载的，比如String；由AppClassLoader所加载的类，都能使用String对吧？

3.3 父加载器不可见子加载器所加载的类

SPI技术的诞生也是这个原因，什么是SPI：程序运行过程中要用到的类，通过当前类加载器的自动加载，加载不到（不在当前类加载器的类资源管辖范围），如果要使用这个类，必须指定一个能够加载这个类的加载器去加载，而怎么获取这个加载器是个问题。
程序都是在线程中执行，那么从线程的上下文中去拿最合理，所以就诞生了线程上下文类加载器，这中场景下加载器就得采用非自动加载，即通过 forName 或者 loadClass 的方式去加载类。

下边通过示例+科技来验证加载不到的情况

示例中有Parent类，Son类。Parent类中有个getSon方法中，会使用到Son类。编译后，在classpath下，把Son类移到自定义子加载器的资源目录中，让AppClassLoader无法加载。达到我们的运行环境要求:

Parent由AppClassLoader加载
Son由自定义的子加载器加载.
调用Parent的getSon方法的时候要new Son()，这样会触发Son类的加载，但是加载不到Son类，报错信息为:java.lang.NoClassDefFoundError: com/rock/Son

public class Parent {

    private Object son;

    public Object getSon(){
        return new Son();
    }
    public Object setSon(Object son){
        this.son = son;
        return this.son;
    }
}  
public class Son {
}
复制代码

/**
     * 父加载器加载不了,子加载器所加载的类，
     * 父加载器加载Parent
     * 子加载器加载son
     * Parent#getSon 方法里 new Son()对象.//报错,找不到Son的类定义.
     */


    @Test
    public void testParentCanntFindSon(){
        CustomClassLoader01 customClassLoader01 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        try {
            Class<?> classParent = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Parent");
            System.out.println("classParent:" + classParent.getClassLoader());
            Class<?> classSon = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Son");
            System.out.println("classSon:" + classSon.getClassLoader());
            Object objParent = classParent.newInstance();

            Object objSon = classSon.newInstance();
            
            Method setSon = classParent.getMethod("setSon",Object.class);
            Object resultSon = setSon.invoke(objParent, objSon);
            System.out.println(resultSon.getClass());
            System.out.println(resultSon.getClass().getClassLoader());

            try {
                Method getSon = classParent.getMethod("getSon");
                Object invoke = getSon.invoke(objParent);
                System.out.println(invoke.getClass().getClassLoader());
            }catch (Exception exp){
                //java.lang.NoClassDefFoundError: com/rock/Son
                exp.printStackTrace();
            }
        }catch (Exception exp){
            exp.printStackTrace();
        }
    }
复制代码

3.4 不同命名空间的类互相不可见

这个特征也通过实例来验证一下，自定义类加载器 new 出来两个实例，每个实例各自加载一次Man类，通过newInstance方式实例化出两个对象，对象之间互相调用setFather赋值就会报错。即a空间的不识别b空间的类，即使全限定名相同也不识别。这种特性所导致的坑你踩到过嘛？

public class Man {
    private Man father;
    public void setFather(Object obj){
        father = (Man)obj;
    }
}
复制代码

 @Test
    public void testSifferentNamespaceClass(){
        CustomClassLoader01 customClassLoader01 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        CustomClassLoader01 customClassLoader02 = new CustomClassLoader01(ClassLoader.getSystemClassLoader());
        try {
            Class<?> aClass1 = customClassLoader01.loadClass("com.rock.Man");
            System.out.println("class1 : " + aClass1.getClassLoader());
            System.out.println("class1 : " + aClass1.);

            Class<?> aClass2 = customClassLoader02.loadClass("com.rock.Man");
            System.out.println("class2 : " + aClass1.getClassLoader());
            System.out.println("class2 : " + aClass2);
            Object man1 = aClass1.newInstance();
            Object man2 = aClass2.newInstance();
            Method setFather = aClass1.getMethod("setFather", Object.class);
            setFather.invoke(man1,man2);


        }catch (Exception exp){
            exp.printStackTrace();
        }
    }
复制代码

class1 : com.rock.classLoader.CustomClassLoader01@1f28c152
class1 : 2006034581
class2 : com.rock.classLoader.CustomClassLoader01@1f28c152
class2 : 488044861
...
Caused by: java.lang.ClassCastException: com.rock.Man cannot be cast to com.rock.Man
	at com.rock.Man.setFather(Man.java:6)
	... 27 more

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