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类加载器及双亲委派机制实例解析

类加载机制 winrains 来源:拥抱心中的梦想 1年前 (2019-10-12) 45次浏览

一、类加载器及双亲委派机制介绍

在JVM中,一个类被加载到虚拟机这个过程包括有3个步骤,即加载、连接和初始化。而加载这个过程,就是由类加载器ClassLoader进行加载的,类加载器天生就负责这个职责。
Java本身给我们提供了几种类型的类加载器,启动类加载器Bootstrap ClassLoader、扩展类加载器Extension ClassLoader、应用类加载器App ClassLoader,除了上面3种,我们也可以定义我们自己的类加载器,此时我们只需要继承ClassLoader类,重写其findClass()方法即可。
当然,有时候,你以为的并不是你以为的,当我们用自定义类加载器去加载类路径ClassPath下某个class文件时,然后调用该Class对象的getClassLoader()方法时,我们会发现,加载该类的类加载器,并不是我们自定义的加载器,至于为什么?下文将会讲到。 下图是JVM类加载器机制

  • 1、启动类加载器Bootstrap ClassLoader
    启动类加载器,负责%JRE_HOME/lib/目录下的相关类文件,比如rt.jartools.jar等等,比如说我们的String类存放在rt.jar中,器加载器就是Bootstrap ClassLoader
  • 2、扩展类加载器Extension ClassLoader
    扩展类加载器,负责%JRE_HOME/lib/ext目录下的相关类文件,比如rt.jartools.jar等等
  • 3、应用类加载器App ClassLoader
    应用类加载器,负责加载应用程序类路径下的class文件。

说到类路径的问题,我们解释一下,java的类路径指的是我们配置的系统环境变量的值:CLASSPATH,但又不局限于这个值。小编先打印下我们本地的classpath的值:

.;D:\development\jdk\lib\dt.jar;D:\development\jdk\lib\tools.jar;

你会发现,这根本就不是我们用的开发工具中的目录呀,那么JVM是怎么加载到我们在eclipse上编写的类呢?答案是eclipse已经帮我们弄好了一切。

下边我们举个例子,看下String类的类加载器是什么:

System.out.println(String.class.getClassLoader());

上面这句代码输出null。为什么呢?因为如果一个类是被Bootstrap ClassLoader或者Extension ClassLoader加载时,getClassLoader()规定输出null。又因为String类存在rt.jar中,将会被Bootstrap ClassLoader加载,所以输出null
谈及类加载器,我们不得不说类的双亲委派机制,一句话总结双亲委派机制,小编总结成一句话:
如果自定义加载器P有父加载器P1,那么在加载前就将加载任务委派给其父亲P1,如果P1也存在父加载器P2,那么将加载任务委派给P2,如果最顶层的Bootstrap ClassLoader还加载不到,那么就再逆着顺序加载,直到类被加载到~~

二、ClassLoader类特性介绍

  • 1、每一个Class实例都包含一个ClassLoader引用

    因此,我们总是能通过Class对象的getClassLoader()方法获取其类加载器。当然了,就如上面说的,如果一个类是被Bootstrap ClassLoader或者Extension ClassLoader加载时,getClassLoader()规定输出null。这是一个需要我们注意的点。

  • 2、对于数组类型[]对象,它们不是由类加载器ClassLoader去进行加载的,而是Java虚拟机根据需要自动创建的。我们通过数组类型的Class对象的getClassLoader()方法返回的值跟数组里边元素所使用的的类加载器一样,但如果数组元素为原始类型int啥的,则getClassLoader()方法将返回null
    // sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93
    ClassLoaderTest[] array = new ClassLoaderTest[5];
    System.out.println(array.getClass().getClassLoader());
    // null
    int[] intArray = new int[3];
    System.out.println(intArray.getClass().getClassLoader());
    
  • 3、我们可以通过继承ClassLoader类,来实现自己的类加载器
/**
 * 自定义类加载器
 * @Author jiawei huang
 * @Since 2019年8月7日
 * @Version 1.0
 */
public class MyClassLoader extends ClassLoader {
    // 如果我们从其他地方进行加载,我们可以指定路径
    private String classpath;
    public MyClassLoader(String classPath) {
    	classpath = classPath;
    }
    public MyClassLoader() {
    }
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    	Class clazz = null;
    	// 获取该class文件字节码数组
    	byte[] classData = getClassData();
    	if (classData != null) {
    		// 将class的字节码数组转换成Class类的实例
    		clazz = defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    	}
    	return clazz;
    }
    private byte[] getClassData() {
    	byte[] bytes = null;
    	File file = new File(classpath);
    	if (file.exists()) {
    		// 从文件中读取class字节数据
    		FileInputStream in = null;
    		ByteArrayOutputStream out = null;
    		try {
    			in = new FileInputStream(file);
    			out = new ByteArrayOutputStream();
    			byte[] buffer = new byte[1024];
    			int size = 0;
    			while ((size = in.read(buffer)) != -1) {
    				out.write(buffer, 0, size);
    			}
    		} catch (IOException e) {
    			e.printStackTrace();
    		} finally {
    			try {
    				in.close();
    			} catch (IOException e) {
    				e.printStackTrace();
    			}
    		}
    		bytes = out.toByteArray();
    	}
    	return bytes;
    }
}

假设我们在ex包路径下有个Main.java,看看我们下面的输出:

A.java
MyClassLoader loader = new MyClassLoader();
Class<?> clazzClass = loader.loadClass("ex.Main");
// 1
System.out.println(clazzClass.getClassLoader());

上面1处将输出sun.misc.Launcher$AppClassLoader@73d16e93,我们可能会问,明明我是用自己的类加载器去加载ex.Main的呀,为什么却输出AppClassLoader这个类加载器呢?其实这就是双亲委派机制,MyClassLoader把加载任务给到其父加载器App ClassLoader,刚好ex.Main又处于类路径下,所以App ClassLoader加载之后就直接返回了。

  • 4、一个类整个生命周期只会被加载一次,有且仅有一次
  • 5、支持并行加载的加载器称为并行加载器,但前提是,我们必须在自定义加载器的初始化时,调用ClassLoader.registerAsParallelCapable();方法注册自己,怎么做呢?我们看看URLClassLoader的源码。
static {
    // 注册自己
    ClassLoader.registerAsParallelCapable();
}
  • 6、在委托模型不是严格分层的情况下,自定义类加载器需要具有并行能力,否则类加载可能导致死锁,因为加载器锁在类加载过程中一直持有。

详情我们看下ClassLoaderloadClass()方法源码:

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    // 这里有个锁
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        1、先检查这个名称的类是否已经被加载过,如果是,就不再加载了,这也印证了我们第4点说的一个类只会被加载一次
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        // 2、如果该类没有被加载,那么就进行加载
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                // 3、如果存在父加载器,就进行委派,这就是双亲委派机制的原理
                if (parent != null) {
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    // 4、去`Bootstrap classloader`加载
                    c = findBootstrapClassOrNull(name);
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                // ClassNotFoundException thrown if class not found
                // from the non-null parent class loader
            }
            // 5、如果3,4都没有加载到,那就执行我们自定义的classloader,这也是为什么我们要重写findClass方法的原因所在
            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;
    }
}
  • 7、我们不仅仅可以从文件系统中对类进行加载,我们还可以从网络上进行class文件的加载,获取byte[],然后通过ClassLoaderdefineClass()byte[]转换成Class对象,最后通过Class.newInstance()即可转成Java对象啦~~~
ClassLoader loader = new NetworkClassLoader(host, port);
Object main = loader.loadClass("Main", true).newInstance();

三、SpringBoot中,构造器为什么要加上ClassLoader参数?

因为初始化过程中,load()方法需要从不同的地方去加载类文件。

protected void load(ApplicationContext context, Object[] sources) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
    	logger.debug(
    			"Loading source " + StringUtils.arrayToCommaDelimitedString(sources));
    }
    BeanDefinitionLoader loader = createBeanDefinitionLoader(
    		getBeanDefinitionRegistry(context), sources);
    if (this.beanNameGenerator != null) {
    	loader.setBeanNameGenerator(this.beanNameGenerator);
    }
    if (this.resourceLoader != null) {
    	loader.setResourceLoader(this.resourceLoader);
    }
    if (this.environment != null) {
    	loader.setEnvironment(this.environment);
    }
    loader.load();
}

作者:拥抱心中的梦想

来源:https://juejin.im/post/5d4a89a36fb9a06ae61aa1c8


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