JVM类加载器

最新推荐文章于 2025-04-11 17:20:28 发布

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类加载器（ClassLoader）是JVM中的一个非常重要的组件，负责动态地加载类。Java中的类加载器主要负责从文件系统、网络或者其他地方加载类的字节码到JVM内存中。类加载器遵循委托模型，它能够确保类的加载是按层次结构进行的，并且不会重复加载相同的类。

类加载器的基本概念

Java中的类加载器主要有以下几个职责：

加载类：通过类加载器根据类的名字找到对应的字节码文件，并将其加载到JVM中。
验证类：确保字节码文件符合JVM的要求。
准备类：为类分配内存并设置默认值。
解析类：将类中的符号引用转化为直接引用（例如，方法引用和字段引用）。

类加载器的类型

Java提供了多种类加载器，通常来说，类加载器采用父子层级结构。每个类加载器都拥有一个父加载器，这种结构遵循委托模型。主要有以下几种类型的类加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：
- 这是最顶层的类加载器，它负责加载JVM核心库（即rt.jar，包含java.lang、java.util等类）。
- 启动类加载器是由C++实现的，因此它不属于ClassLoader类的一个实例。
- 它加载的类是JVM所依赖的核心类，如String、System等。
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：
- 扩展类加载器负责加载JDK的扩展库，通常位于$JAVA_HOME/lib/ext目录中的类库。
- 它会加载ext目录下的类，比如javax包下的类。
系统类加载器（System ClassLoader）：
- 系统类加载器负责加载应用程序的类路径（Classpath）中的类。
- 它通常是通过java -cp或-classpath参数指定的路径来加载应用程序的类。
- 系统类加载器是最常用的类加载器，通常负责加载应用程序中的自定义类。
自定义类加载器（Custom ClassLoader）：
- Java允许开发者定义自己的类加载器，继承ClassLoader类并重写findClass()方法来实现自定义的加载逻辑。
- 自定义类加载器可以根据特定的需求，比如从网络、数据库或者其他位置加载类。

类加载器的委托机制

类加载器遵循委托模型，即当一个类加载器需要加载一个类时，它首先会将请求委托给父类加载器，父类加载器尝试加载该类。如果父类加载器无法加载（比如类不存在），子类加载器才会尝试自己加载。

这种机制的目的是避免重复加载同一个类，确保类的唯一性。类加载器的加载过程通常按以下顺序进行：

启动类加载器首先尝试加载类。
如果启动类加载器无法加载，则委托给扩展类加载器。
如果扩展类加载器无法加载，则委托给系统类加载器。

类加载器的生命周期

加载（Load）：类加载器根据类名获取类的字节码文件并加载。
链接（Link）：在链接阶段，JVM验证类字节码、准备类的静态变量并进行符号引用解析。
初始化（Initialization）：初始化类，给静态变量赋值，执行静态代码块。

如何打破类的双亲委派机制

1.自定义类加载器

继承ClassLoader，重写loadClass方法，控制类的加载顺序和策略。在自定义加载器中，你可以决定是否调用super.loadClass()方法，如果你不调用父类加载器的loadClass，就打破了双亲委派机制。

自定义类加载器示例

public class MyClassLoader extends ClassLoader {

    // 构造方法传入父加载器
    public MyClassLoader(ClassLoader parent) {
        super(parent);
    }

    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        // 1. 如果是需要自己加载的类，绕过父加载器
        if (name.startsWith("com.mycustom")) {
            // 自定义加载逻辑，可以从自定义位置加载类文件
            return findClass(name);
        }

        // 2. 否则，调用父加载器加载
        return super.loadClass(name, resolve);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // 通过自定义方式加载类，例如从文件系统或网络中读取字节码
        byte[] classData = loadClassData(name);
        return defineClass(name, classData, 0, classData.length);
    }

    private byte[] loadClassData(String className) throws ClassNotFoundException {
        // 加载字节码的自定义实现
        // 例如从文件系统、数据库或网络加载
        // 这里只是示意，实际需要根据需求读取字节码
        String path = className.replace('.', '/') + ".class";
        try (InputStream inputStream = new FileInputStream(path)) {
            byte[] buffer = new byte[inputStream.available()];
            inputStream.read(buffer);
            return buffer;
        } catch (IOException e) {
            throw new ClassNotFoundException("Class " + className + " not found", e);
        }
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 使用自定义类加载器
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader(Test.class.getClassLoader());

        // 加载类
        Class<?> clazz = classLoader.loadClass("com.mycustom.MyClass");
        Object obj = clazz.newInstance();
        System.out.println(obj);
    }
}

关键点：

loadClass方法：在这个方法中，决定了是否绕过父加载器。比如，假设我们需要自定义加载com.mycustom包下的类，就在loadClass方法中进行判断。如果类名符合条件，就调用findClass()方法来加载类，否则调用父类的loadClass()方法。
findClass方法：这个方法是用于从指定位置加载类字节码的关键方法。你可以自定义加载逻辑，比如从文件系统、数据库、网络等地方加载字节码。
字节码转换：通过defineClass()方法将加载的字节码转化为类对象。

2.通过 `Thread.setContextClassLoader()` 设置上下文类加载器

在某些情况下，尤其是多线程应用中，Java允许为每个线程设置一个上下文类加载器。该上下文类加载器会影响当前线程加载类的方式。使用上下文类加载器，你可以在运行时改变类加载器，绕过默认的类加载机制。

例如，某些框架（如Servlet容器）会为每个线程设置不同的上下文类加载器，这样每个线程就能加载与其相关的类。

示例：

public class CustomContextClassLoaderTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 获取当前线程的上下文类加载器
        ClassLoader contextClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        
        // 修改当前线程的上下文类加载器
        Thread.currentThread().setContextClassLoader(new MyClassLoader());

        try {
            // 使用自定义的上下文类加载器加载类
            Class<?> clazz = contextClassLoader.loadClass("com.mycustom.MyClass");
            System.out.println("Class loaded: " + clazz.getName());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}