深入理解java虚拟机(九)类加载器以及双亲委派模型

博客介绍了Java类加载器,指出类的唯一性由加载器和类本身共同确定。从虚拟机和开发人员角度介绍了不同类加载器,如启动、扩展和应用程序类加载器。还阐述了双亲委派模型,其工作过程及对保证Java程序稳定性的重要性,实现代码集中在loadClass()方法。

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虚拟机把类加载阶段中“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到虚拟机外部去实现,以便让程序自己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”。

类与类加载器

任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身共同确定其在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。这句话可以表达的更通俗一些:比较两个类是否相等,只有在这两个类是同一个类加载器加载的前提下才意义。

这里的“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 instanceof 关键字对对象所属关系判定等情况。下面代码演示了不同类加载器对 instanceof 关键字运算的结果的影响。

public class ClassLoaderTest {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        ClassLoader myLoader = new ClassLoader() {  
            @Override  
            public Class<?> loadClass(String name)  
                    throws ClassNotFoundException {  
                try {  
                    String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1)  
                            + ".class";  
                    InputStream is = getClass().getResourceAsStream(fileName);  
                    if (is == null) {  
                        return super.loadClass(name);  
                    }  
                    byte[] b = new byte[is.available()];  
                    is.read(b);  
                    return defineClass(name, b, 0, b.length);  
                } catch (IOException e) {  
                    throw new ClassNotFoundException(name);  
                }  
            }  
        };  
  
        Class c = myLoader.loadClass("org.bupt.xiaoye.blog.ClassLoaderTest");  
        Object obj = c.newInstance();  
        System.out.println(obj.getClass());  
        System.out.println(ClassLoaderTest.class);  
        System.out.println(obj instanceof ClassLoaderTest);  
  
    }  
}  

运行结果:

class org.bupt.xiaoye.blog.ClassLoaderTest  
class org.bupt.xiaoye.blog.ClassLoaderTest  
false  

双亲委派模型

从虚拟机的角度来讲,只存在两种不同的类加载器:

一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器用 C++  语言实现, 是虚拟机自身的一部分:

另一种就是所有其它的类加载器, 这些类加载器用Java 语言实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承与抽象类 java.lang.ClassLoader。

从 Java 开发人员的角度来看,类加载器还可以划分的更细致一些,绝大多数Java 程序都会用到以下3种系统提供的类加载器。

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) : 这个类加载器负责将存放在 <JAVA_HOME>\lib 目录中的,或者被 -Xbootclasspath 参数指定的路径中的,并且是虚拟机识别的(仅按照文件名识别,如rt.jar ,名字不符合类库不会加载) 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,如需要,直接使用 null 代替即可。
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现,它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext 目录中的,或者被 java.ext.dirs 系统变量所指定的路径中的所有类库,开发者可以直接使用扩展类加载器。
  • 应用程序类加载器(Application ClassLoader)这个类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。这个这个类加载器是 ClassLoader 中的getSystemClassLoader() 方法的返回值,所以一般称它为系统类加载器。它负责加载用户路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可以使用这个类加载器,如果应用程序没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

我们的应用程序都是由这3中类加载器互相配合进行加载的,如果有必要,还可以加入自己定义的类加载器。这些类加载器之间的关系一般如下图所示。“

上图中的类加载器之间的这种层次关系,称为类加载器的双亲委派模型双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器,其余的类加载器都应该有自己的父类加载器。这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承关系来实现,而是使用组合关系来复用父加载器的代码。

双亲委托模型的工作过程是:如果一个类加载器收到了类加载器的请求,它首先不会自己尝试加载这个类,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都应该传送到顶层的启动类加载器中,只有当父类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所需的类时,子加载类才会尝试自己去加载)。

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是Java 类随着他的类加载器一起具备了一种优先级的层次关系。

双亲委派模型对于保证Java 程序的稳定性很重要,但它的实现却非常简单,实现双亲委派的代码都集中在java.lang.ClassLoader 的 loadClass() 方法中:先检查类是否被加载过,若没有则调用父加载器的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。如果父加载器失败,抛出 ClassNotFoundException 异常后,再调用自己的 finClass() 方法进行加载。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)  
        throws ClassNotFoundException {  
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {  
        // 首先检查类是否已经被家再过  
        Class c = findLoadedClass(name);  
        if (c == null) {  
            long t0 = System.nanoTime();  
            try {  
                if (parent != null) {  
                    // 调用父加载器加载  
                    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;  
    }  
}  

 

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