java类加载机制解析

最新推荐文章于 2025-03-17 22:19:11 发布

tieguowei

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分类专栏： Java 文章标签： java 开发语言

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一：类加载流程

public class Math {
    public static final int initData = 666;
    public static User user = new User();
    public int compute(){
        int a = 1;int b = 2;
        return a+b;
    };
    public static void main(String[] args){
        Math math = new Math();
        math.compute();
    }
}

当我们运行某个类的main函数启动程序时，首先需要通过类加载器把主类加载到JVM。大致流程如下

二：类加载步骤

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。
验证：校验字节码class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。eg:int型赋值0 boolean赋值false
解析：静态链接：类加载期间完成，将clas文件中的符号引用替换为直接引用，该阶段会把一些静态方法(比如main())替换为指向数据所存内存的指针或句柄等

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

注意：类加载是懒加载。使用到其它类，会逐步加载这些类。

三：类加载器

引导类加载器: C++实现 Bootstrap ClassLoader是最顶层的加载类，主要加载核心类库，也就是我们环境变量下面%JRE_HOME%\lib 下的rt.jar、class等。

扩展类加载器：Extention ClassLoader 扩展的类加载器，加载目录%JRE_HOME%\lib\ext目录下的jar包和class文件。

应用程序类加载器：AppClassLoader 负责加载ClassPath路径下的类包，主要就是加载自己写的那些类。

自定义加载器：负责加载用户自定义路径下的类包。

public class TestJDKClassLoader {

    public static void main(String[] args){
        //String类位于JRE lib目录下。 -》引导类加载器 C++实现。所以输出为NULL
        System.out.println(String.class.getClassLoader());

        //DESKeyFactory位于 ext目录下 -》扩展类加载器
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.class.getClassLoader().getClass().getName());

        //自己定义的类   -》应用程序类加载器
        System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader().getClass().getName());
    }

}
输出结果：

null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader

四：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，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。JVM类加载器是有亲子层级结构的，如下图

AppClassLoader双亲委派机制： AppClassLoader的LoadClass方法最终会调用其父类ClassLoader的LoadClass方法，该方法的大体逻辑如下：

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。

//最上层ClassLoader类的loadClass方法，里面实现了双亲委派机制
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // First, check if the class has already been loaded
        // 检查当前类加载器是否已经加载了该类
        Class<?> c = findLoadedClass(name);
        if (c == null) {
            long t0 = System.nanoTime();
            try {
                if (parent != null) {
                    //如果当前加载器父加载器不为空则委托父加载器加载该类 递归调用
                    c = parent.loadClass(name, false);
                } else {
                    //如果当前加载器父加载器为空则委托引导类加载器加载该类
                    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();
                //如果引导类bootstrapClassLoad加载器找不到，则调用调用自身的findClass（继承自URLClassLoader）
                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;
    }
}

五：自定义类加载器示例

为什么要自定义类加载器？

我们需要的类不一定存放在已经设置好的classPath下(有系统类加载器AppClassLoader加载的路径)，对于自定义路径中的class类文件的加载，我们需要自己的ClassLoader 怎么实现？

自定义类加载器只需要继承 java.lang.ClassLoader 类，该类有两个核心方法，一个是loadClass(String, boolean)，实现了双亲委派机制，还有一个方法是findClass，默认实现是空方法，所以我们自定义类加载器主要是重写findClass方法。

注意：测试过程中要确保classpath下没有同包同名的类。否则会调用AppClassLoader加载

import java.io.FileInputStream;
import java.lang.reflect.Method;

public class MyClassLoaderTest extends ClassLoader {

    private String classPath;

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

    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();

        }
    }

    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;

    }
    
    public static void main(String[] args)throws Exception{
        //自定义类加载器的父加载器 是 应用程序类加载器 -> AppClassLoader
        MyClassLoaderTest classLoader = new MyClassLoaderTest("/Users/tieguowei/Documents/work");
        Class clazz = classLoader.loadClass("com.tuling.jvm.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("say", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
    
}
package com.tuling.jvm;
public class User {
    public void say(){

        System.out.println("架构师修炼之道=====");

    }
}
执行结果：

架构师修炼之道=====
com.tuling.jvm.MyClassLoaderTest

六：打破双亲委派机制

为什么要打破双亲委派机制？

以Tomcat类加载为例：tomcat是个web容器，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。

示例：

模拟实现Tomcat的webappClassLoader加载自己war包应用内不同版本类实现相互共存与隔离

public static void main(String[] args)throws Exception{
        //自定义类加载器的父加载器 是 应用程序类加载器 -> AppClassLoader
        MyClassLoaderTest classLoader = new MyClassLoaderTest("/Users/tieguowei/Documents/work");
        Class clazz = classLoader.loadClass("com.tuling.jvm.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("say", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader());

        //自定义类加载器的父加载器 是 应用程序类加载器 -> AppClassLoader
        MyClassLoaderTest classLoader2 = new MyClassLoaderTest("/Users/tieguowei/Documents/work/test");
        Class clazz2 = classLoader2.loadClass("com.tuling.jvm.User");
        Object obj2 = clazz2.newInstance();
        Method method2 = clazz2.getDeclaredMethod("say", null);
        method2.invoke(obj2, null);
        System.out.println(clazz2.getClassLoader());
    }
    
 package com.tuling.jvm;

public class User {

  public void say(){

        System.out.println("另外一个User版本：架构师修炼之道=====");

    }
}
输出结果：

架构师修炼之道=====
com.tuling.jvm.MyClassLoaderTest@ea30797
另外一个User版本：架构师修炼之道=====
com.tuling.jvm.MyClassLoaderTest@aec6354

注意：同一个JVM内，两个相同包名和类名的类对象可以共存，因为他们的类加载器可以不一样，
所以看两个类对象是否是同一个，除了看类的包名和类名是否都相同之外，还需要他们的类
加载器是否相同。