类加载器子系统 | 张治峰的博客

类加载过程

一个类的加载过程有下面几步:加载 >> 验证 >> 准备 >> 解析 >> 初始化 >> 使用 >> 卸载

加载: 在硬盘上查找并通过IO读入字节码文件，使用到类时才会加载，例如调用类的 main()方法，new对象等等，在加载阶段会在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class对象，存入方法区作为这个类的各种数据的访问入口。
验证: 校验字节码文件的正确性
准备: 给类的静态变量分配内存，并赋予默认值
解析: 将符号引用替换为直接引用，该阶段会把一些静态方法(符号引用，比如main()方法)替换为指向数据所存内存的指针或句柄等(直接引用)，这是所谓的静态链接过程(类加载期间完成)，动态链接是在程序运行期间完成的将符号引用替换为直接引用。
初始化: 对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码块

类加载器

JVM中有两种类型的类加载器，由C++编写的及由Java编写的。除了启动类加载器（Bootstrap Class Loader）是由C++编写的，其他都是由Java编写的。由Java编写的类加载器都继承自类java.lang.ClassLoader。各种类加载器之间存在逻辑上的父子关系，后面可以通过代码查看。

类加载器父子关系从左到右 BootstrapClassLoader->ExtClassLoader->AppClassLoader->自定义类加载器

启动类加载器

因为启动类加载器是由C++编写的，通过Java程序去查看显示的是null，因此，启动类加载器无法被Java程序调用启动类加载器不像其他类加载器有实体，它是没有实体的，JVM将C++处理类加载的一套逻辑定义为启动类加载器。

/**
* 查看类加载器的默认加载路径  也可以通过-Xbootclasspath 自行指定
*/
public class ClassLoaderTest {
   public static void main(String[] args) {
       URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
       for (URL url:urls){
           System.out.println(url);
       }
   }
}
结果为固定路径:
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/resources.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jsse.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jce.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/charsets.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/jfr.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/classes

启动类加载器实际上是一段c++代码逻辑,具体看文章开头源码级别理解类加载器。

拓展类加载器

查看拓展类加载路径也可以通过java.ext.dirs指定

public static void main(String[] args) {
    ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent();
    URLClassLoader urlClassLoader = (URLClassLoader) classLoader;
    URL[] urls = urlClassLoader.getURLs();
    for (URL url : urls) {
        System.out.println(url);
    }
}
结果:
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunec.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/nashorn.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/cldrdata.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jfxrt.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/dnsns.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/localedata.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunjce_provider.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/sunpkcs11.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/jaccess.jar
file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_231.jdk/Contents/Home/jre/lib/ext/zipfs.jar
file:/System/Library/Java/Extensions/MRJToolkit.jar

应用类加载器

默认加载用户程序的类加载器AppClassLoader

/**
 * 查看加载路径  可以通过java.class.path指定    
 */
public static void main(String[] args) {
    String[] urls = System.getProperty("java.class.path").split(":");
    for (String url : urls) {
        System.out.println(url);
    }
    System.out.println("================================");
    URLClassLoader classLoader = (URLClassLoader) ClassLoader.getSystemClassLoader();
    URL[] urls1 = classLoader.getURLs();
    for (URL url : urls1) {
        System.out.println(url);
    }
}
结果为你项目本地包所在路径

自定义类加载器

自定义类加载器继承类java.lang.ClassLoader

public class ClassLoadeTest1 extends ClassLoader{
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        ClassLoadeTest1 classLoadeTest1 = new ClassLoadeTest1();
        Class<?> aClass = classLoadeTest1.loadClass(Demo1.class.getName());
        System.out.println(aClass);
        System.out.println(aClass.getClassLoader());
    }
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        System.out.println("findClass");
        return null;
    }
}
结果：
   class com.example.classloade.Demo1
   sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
 因为类加载中的双亲委派 所以打印出的加载类为AppClassLoader 这也是自定义的默认加载器

自定义类加载器也可以打破双亲委派，看源码此处代码说明类加载器父子关系图

    /**
    * 类加载过程如下 
    * 自定义加载器只需要重写loadClass 在向上委托判断初改成自己加载逻辑即打破双亲委派
    **/
 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException{
    
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
       //判断类是否加载过
        Class<?> c = findLoadedClass(name); 
        //==null 没有加载
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                //判断是否有父级  (这块逻辑重写 为自己加载 即打破类双亲委派)
                if (parent != null) {  
                    //有父级委托父级加载 向上委派
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    //没有的话直接使用启动类加载器 最后调用的是navicat方法 进入c++
                    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();
            }
        }
        //类是否解析
        if (resolve) {
            //解析类
            resolveClass(c);
        }
        return c;
    }
}

类加载器创建链

刚才已经讲了启动类加载器是没有没有实体的，只是将一段c++代码逻辑命名成启动类加载器。具体父子关系建立见 JDK源码级别理解双亲委派机制

类加载器加载完成后的存储

类加载完成会存储在方法区而不同的类加载器加载的类都有其相对应的一块区域。如果不同的加载器加载了同一个class 那么他们是两份数据当然也不是同一个类了

双亲委派机制

如果一个类加载器收到了加载某个类的请求,则该类加载器并不会去加载该类,而是把这个请求委派给父类加载器,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的类加载请求最终都会传送到顶端的启动类加载器;只有当父类加载器在其搜索范围内无法找到所需的类,并将该结果反馈给子类加载器,子类加载器会尝试去自己加载。

双亲委派图解

为什么设计双亲委派机制?

沙箱安全机制

自己写的java.lang.String.class类不会被加载，这样便可以防止核心代码被篡改。如下代码

package java.lang;

/**
 * @author zhangzhifeng
 */
public class String {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("测试自定义 java.lang.String 类 是否能加载!");
    }
}

运行结果:因为String 类是jdk自带的类而它并没有main方法所以报错

避免类的重复加载:当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次，保证被加载类的唯一性

如果多个类加载器的加载路径下面都存在同一个类，只需要向上委托加载一次即可.

打破双亲委派

因为在某些情况下父类加载器需要委托子类加载器去加载class文件。受到加载范围的限制，父类加载器无法加载到需要的文件，以Driver接口为例，由于Driver接口定义在jdk当中的，而其实现由各个数据库的服务商来提供，比如mysql的就写了MySQL Connector，那么问题就来了，DriverManager（也由jdk提供）要加载各个实现了Driver接口的实现类，然后进行管理，但是DriverManager由启动类加载器加载，只能加载JAVA_HOME的lib下文件，而其实现是由服务商提供的，由系统类加载器加载，这个时候就需要启动类加载器来委托子类来加载Driver实现，从而破坏了双亲委派。类似这样的情况就需要打破双亲委派。打破双亲委派的意思其实就是不委派、向下委派

方式

自定义类加载器
继承类ClassLoder 重写loadClass 方法将向上委派代码进行修改即可
SPI
是一种服务发现机制。它通过在ClassPath路径下的META-INF/services文件夹查找文件，自动加载文件里所定义的类。这一机制为很多框架扩展提供了可能，比如在Dubbo、JDBC中都使用到了SPI机制

线程上下文类加载器

是什么
一种特殊的类加载器，可以通过Thread获取，基于此可实现逆向委托加载
存在的理由
为了解决双亲委派的缺陷而生

如何使用

//获取
    Thread.currentThread().getContextClassLoader()
    //设置
    Thread.currentThread().setContextClassLoader(new Classloader_4());

全盘负责委托机制

“全盘负责”是指当一个ClassLoder装载一个类时，除非显示的使用另外一个ClassLoder，该类所依赖及引用的类也由这个ClassLoder载入。

Tags: java

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