类加载以及类加载器

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原创 2022-04-27 22:10:36 799 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Java基础之类加载器 由上文中的流程图可以看出，类加载器负责读取Java字节代码（.class文件），并转换成java.lang.Class类的一个实例。每个这样的实例用来表示一个Java类。通过此实例的newInstance()方法就可以创建出该类的一个对象。实际的情况可能更加复杂，比如Java字节代码可能是通过工具动态生成的，也可能是通过网络下载的。oracle官网把类加载器划分为两种类型java库中的平台类加载器和应用程序类加载器等用户自己写的类加载器，比如通过网络加载类等机制举例。... 阅读详情

什么是类加载？

将类的.class文件中的二进制数据读入到JVM中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个这个类的java.lang.Class对象，用来封装类在方法区类的对象

类加载的步骤

加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载；下面分别介绍这几步：

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，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

关于方法区的简单介绍：

类被加载到方法区中后主要包含运行时常量池、类型信息、字段信息、方法信息、类加载器的
引用、对应class实例的引用等信息。
类加载器的引用：这个类到类加载器实例的引用
对应class实例的引用：类加载器在加载类信息放到方法区中后，会创建一个对应的Class 类型的
对象实例放到堆(Heap)中, 作为开发人员访问方法区中类定义的入口和切入点。

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，下
节课会讲到动态链接）

初始化：对类的静态变量初始化为指定的值，执行静态代码。

类加载器

java中有四种类加载器：

1）BootstrapClassLoader（启动类加载器）
　　负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的核心类库，比如rt.jar、charsets.jar等
2）ExtensionClassLoader（标准扩展类加载器）
负责加载支撑JVM运行的位于JRE的lib目录下的ext扩展目录中的JAR类包　　
3）AppClassLoader（系统类加载器）
负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载你自己写的那些类
4）CustomClassLoader（自定义加载器）
　　属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader，如tomcat

通过以下代码可以查看不同类加载器加载的路径：

public class TestJDKClassLoader {

    public static void main(String[] args) {
        ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        ClassLoader extClassloader = appClassLoader.getParent();
        ClassLoader bootstrapLoader = extClassloader.getParent();
        System.out.println("the bootstrapLoader : " + bootstrapLoader);
        System.out.println("the extClassloader : " + extClassloader);
        System.out.println("the appClassLoader : " + appClassLoader);

        System.out.println();
        System.out.println("bootstrapLoader加载以下文件：");
//        URL[] urls = Launcher.getBootstrapClassPath().getURLs();
//        for (int i = 0; i < urls.length; i++) {
//            System.out.println(urls[i]);
//        }

        System.out.println(System.getProperty("sun.boot.class.path"));

        System.out.println();
        System.out.println("extClassloader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.ext.dirs"));

        System.out.println();
        System.out.println("appClassLoader加载以下文件：");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

双亲委派机制

加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类，找不到再委托上层父加载器加载，直至引导类加载器后再逐层往下找，如果所有父加载器在自己的加载类路径下都找不到目标类，则在自己的类加载路径中查找并载入目标类

双亲委派机制的核心源码：AppClassLoader的loadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的loadClass()

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;
        }
    }

1. 首先，检查一下指定名称的类是否已经加载过，如果加载过了，就不需要再加载，直接
返回。
2. 如果此类没有加载过，那么，再判断一下是否有父加载器；如果有父加载器，则由父加
载器加载（即调用parent.loadClass(name, false);）.或者是调用bootstrap类加载器来加
载。
3. 如果父加载器及bootstrap类加载器都没有找到指定的类，那么调用当前类加载器的
findClass方法来完成类加载。

双亲委派机制的意义

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
API库被随意篡改；

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

全盘委托机制

“全盘负责”是指当一个ClassLoader装载一个类时，除非显示地使用另一个ClassLoader，则该类所依赖及引用的类也由这个CladdLoader载入。

打破双亲委派机制

自定义类加载器

核心：1、指定加载路径；重写findClass()

package com.tuling.designpattern.snail;

import java.io.FileInputStream;

public class MyClassLoaderTest {
    static class MyClassLoader extends ClassLoader {
        private String classPath;

        public MyClassLoader(String classPath) {
            this.classPath = classPath;
        }

        private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
            name = name.replaceAll("\\.", "/");
            FileInputStream fis = new FileInputStream(classPath + "/" + name
                    + ".class");
            int len = fis.available();
            byte[] data = new byte[len];
            fis.read(data);
            fis.close();
            return data;
        }
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            try {
                byte[] data = loadByte(name);
                //defineClass将一个字节数组转为Class对象，这个字节数组是class文件读取后最终的字节 数组。
                return defineClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();
            }
        }

    }
}

打破

不交给父类加载，首先自己加载

模拟tomcat打破

打破的必要性：

我们思考一下：Tomcat是个web容器，那么它要解决什么问题：
1. 一个web容器可能需要部署两个应用程序，不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的
不同版本，不能要求同一个类库在同一个服务器只有一份，因此要保证每个应用程序的类库都是
独立的，保证相互隔离。
2. 部署在同一个web容器中相同的类库相同的版本可以共享。否则，如果服务器有10个应用程
序，那么要有10份相同的类库加载进虚拟机。
3. web容器也有自己依赖的类库，不能与应用程序的类库混淆。基于安全考虑，应该让容器的
类库和程序的类库隔离开来。
4. web容器要支持jsp的修改，我们知道，jsp 文件最终也是要编译成class文件才能在虚拟机中
运行，但程序运行后修改jsp已经是司空见惯的事情， web容器需要支持 jsp 修改后不用重启。