JVM-类加载器

Java类加载机制解析

最新推荐文章于 2024-10-15 09:49:55 发布

原创最新推荐文章于 2024-10-15 09:49:55 发布 · 177 阅读

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一.概述

虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序字节决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。

二.类与类加载器

类加载器虽然只用于实现类的加载动作，但它在Java程序中起到的作用却远远不止类加载阶段。对于任意一个类，都需要由它加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。这句话可以表达得更通俗一些：比较这两个类是否“相等”，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，那这两个类就必定不相等。

这里所指的“相等”，包括代表类的Class对象的equals()方法，isAssignableFrom()方法，isInstance()方法的返回结果，也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况。

三.类加载器分类

从Java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都是由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

从Java开发人员的角度来看，类加载器还可以划分更加细致一些，绝大部分Java程序都会使用以下3种系统的提供的类加载器。

启动类记载器（Bootstrap ClassLoader）：这个类加载器负责存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所自定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中的也不会加载）类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器，那直接使用null代替即可。
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系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序
应用程序类加载器（Application ClassLoader）：由于这个类加载是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以也一般称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义的类加载器，一般情况下这个就是程序默认的类加载器。

3.1 自定义类加载器

除了BootstrapClassLoader 其他类加载器均由 Java 实现且全部继承自java.lang.ClassLoader。如果我们要自定义自己的类加载器，很明显需要继承ClassLoader。

四.双亲委派模型

ClassLoader

类加载器之间的这种层级关系，称为类加载器的双亲委派模型（Parents Delegation Model）.。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其他的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里的父类加载器之间额父子关系不会以继承的关系来实现，而是使用组合关系来复用父加载器的代码。

4.1双亲委派模型的工作过程

如果一个类加载器收到了类加载的请求，首先它不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终应该传到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到这个类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

4.2双亲委派模型的好处

使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系，有一个显而易见的好处就是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层级关系。例如java.lang.Object，它存放在rt.jar之中，无论哪一个类加载器要加载这个类，最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载，因此Object类在程序的各个类加载器环境中都是一个类。相反，如果没有使用双亲委派类型，由各个类加载器自行加载的话，会出现不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也就无法保证了，应用程序也会变得一片混乱。

双亲委派模型保证了Java程序的稳定运行，可以避免类的重复加载（JVM 区分不同类的方式不仅仅根据类名，相同的类文件被不同的类加载器加载产生的是两个不同的类），也保证了 Java 的核心 API 不被篡改。如果没有使用双亲委派模型，而是每个类加载器加载自己的话就会出现一些问题，比如我们编写一个称为 java.lang.Object 类的话，那么程序运行的时候，系统就会出现多个不同的 Object 类。

4.3 双亲委派模型的源码分析

实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中。执行逻辑：先检查是否被加载过，若没有加载则调用父加载器的loadClass()方法，若父加载器为空则默认使用启动类加载器作为父加载器。如果符类加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己findClass()方法进行加载。

private final ClassLoader parent; 
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先，检查请求的类是否已经被加载过
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {//父加载器不为空，调用父加载器loadClass()方法处理
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {//父加载器为空，使用启动类加载器 BootstrapClassLoader 加载
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                   //抛出异常说明父类加载器无法完成加载请求
                }

                if (c == null) {
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //自己尝试加载
                    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;
        }
    }

4.4 破坏双亲委派模型

双气委派模型的第一次“被破坏”其实发生在双亲委派模型出现之前-即JDK1.2发布之前。由于双亲委派模型在JDK1.2之后才被引入，而类加载器和抽象类java.lang.ClassLoader则在之前就已经存在，面对已经存在的用户自定义的类加载器的实现代码，Java设计者引入双亲委派模型不得不做出一些妥协，为了向前兼容，JDK1.2之后的java.lang.ClassLoader添加一个新的protected方法findClass()方法，在此之前，用户去继承java.lang.ClassLoader的唯一目的就是为了重写loadClass()方法，因为虚拟机在进行类加载的时候会调用加载器的私有方法loadClassInternal()方法，而这个方法的唯一逻辑就是去调用自己的loadClass()方法。

JDK1.2之后已不提倡用户去覆盖loadClass()方法，而应当把自己的类加载逻辑写到findClass()方法之中，在loadClass()方法的逻辑里如果父类加载失败，则会调用自己的findClass方法来完成加载，这样就可以保证新写出来的类加载器是符合双亲委派规则的。

双亲委派模型的第二次“被破坏”是由这个模型自身的缺陷所导致的，双亲委派很好地加载了各个类加载器的基础类的统一问题（越基础的类由越上层的加载器进行加载）。但是基础类又要调回用户的代码，那怎么办？使用线程上下文类加载器。这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoader()方法进行设置，如果创建线程还未设置，它将会从父线程继承一个，如果在应用程序的全局范围内都没有设置过，那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。

双亲委派模型的第三次“被破坏”是由于用户对程序动态性的追求而导致的。