关于java:java中类加载与双亲委派机制

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类加载是什么

把磁盘中的 java 文件加载到内存中的过程叫做类加载

当咱们用 java 命令运行某个类的 main 函数启动程序时，首先须要通过类加载器把主类加载到 JVM. 有如下 User 类

package dc.dccmmtop;
public Class User {public static void main(String[] args) {System.out.println("hello");
    }
}

运行 java dc.dccmmtop.User 时，先要找到 User.Class 文件，查找全门路就是 Class_PATH + {{package name}}，对于 User 类来说，就是 {$Class_APTH}/dc/dccmmtop.User.Class

如果 User.java 在F:\code, 并且不在 Class_PATH 下，能够通过 java -Classpath "F:\code" 长期指定。

加载类之后还有后续的步骤:

  1. 验证
  2. 筹备
  3. 解析
  4. 初始化
  5. 应用
  6. 卸载

这篇文章次要来讲讲类加载

类加载器

不理解类加载机制的，可能就认为，只需找到 java 文件所在的磁盘地位，而后进行一次读文件的操作不就实现了加载嘛，其实远非如此。

总有一个加载类的工具，这个工具叫做类加载器，在 java 代码中能够通过如下形式获取以后类的类加载器是什么

package dccmmtop;  
  
public Class User {public static void main(String[] args) {System.out.println("hello");  
        System.out.println(User.Class.getClassLoader()); 
    }  
}

如图能够看到类加载器的名字叫做 AppClassLoader

咱们全局搜寻一下这个类，会发现在 sun.misc.Launcher.java 文件中找到。

那么这个AppClassLoader 自身也是一个 java 文件，它又是什么时候被加载并初始化的呢？

咱们滚动到文件顶部，看到 Launcher 类的构造方法局部：

标记 1 和标记 2 实现了一个单例模式，在 5 处获取到了 AppClassLoader 实例。也就是说在某一个中央通过调用 Launcher 类中的 getLauncher() 办法，会失去 AppClassLoader 实例，那么 getLauncher() 办法又是在哪里调用的呢？追踪到这里曾经无奈在 java 代码中找到上一步了，其实这个办法是 jvm (c++ 实现)调用的，如下图:

以上就是类加载的次要步骤了。上面看一下双亲委派机制

双亲委派机制

咱们持续看AppClassLoader 实例化的过程：

在 5 处，实例化了一个 AppClassLoader 的对象，同时传进去了一个参数 var1, 这个 var1 是另外一个类加载器ExtClassLoader , 咱们在进入 getAppClassLoader 办法看一看是怎么实现的：

先看一下 几个 ClassLoad 的继承关系：

有下面的继承关系图能够看进去，AppClassLoader 和 ExtClassLoader 都是从 ClassLoader 继承来的。

在 Launcher() 中可知，调用 AppClassLoader.getAppClassLoader() 办法时，把 ExtClassLoader 的实例作为参数传递进来，最终到 4 这一步，作为 var2 参数，调用父类的构造方法，持续追踪父类的构造方法直到 ClassLoader :

在 ClassLoader 构造方法中，保护了一个 parent 变量，到此咱们晓得了 AppClassLoader 中 parent 变量保留的是 ExtClassLoader的实例, 如下图示意

持续看 Launcher 构造方法：

loadClass() 办法将 Class 文件加载到 jvm 中，咱们跟踪一下这个办法，会发现最初会调到 根类ClassLoader 中：

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;  
    }  
}

下面代码块中的弟 6 行，findLoadedClass() , 先从已加载到的类汇合中查找有没有这个类，如果有的话，间接返回，没有再进行下一步, findLoadedClass 办法源码如下

到 native finnal Class<?> findLoadedClass0(String name); 这里曾经无奈在向后追踪了，看到 naive , 要明确 应用 native 关键字阐明这个办法是原生函数，也就是这个办法是用 C /C++ 语言实现的，并且被编译成了 DLL，由 java 去调用.

此时 User.Class 是第一次加载，AppClassLoader 中必定无奈在已加载的汇合中找到，所以持续向下走到第 10，11 行. 下面曾经剖析过，AppClassLoader 中的 parent 是 ExtClassLoader , 所以在 11 行由 ExtClassLoader 的实例执行 laodClass 办法。ExtClassLoader 没有覆写根类ClassLoader 的loaderClass 办法，所以也会到这里，只不过 ExtClassLoader 的 parent 是 NUll，会走到 13 行，调用findBootstrapClassOrNull() 办法，再看一下这个办法的实现:

会发现这个办法也是 C ++ 实现的，尽管咱们无奈看到源码，然而依据正文能够晓得，这个是保留了启动类加载器加载过的类。

到此为止，咱们曾经见识过 3 中不同的类加载器了：

  • AppClassLoader
  • ExtClassLoader
  • BootStrapClassLoader

咱们先不论这个前面两个类加载器是什么，假设他们也找不到 User.Class. 持续向下看：

执行到第 21 行 findClas() 这里，再看源码

在 A -2 这一步，ucp 其实保留的就是以后 ClassLoader 的类加载门路，就不再开展。要记住此时的 ClassLoader 是 ExtClassLoader, 如果依然找不到 User.Class 会执行到 A-3. 而后返回到 loadClass 办法中，此时 c 是空，继续执行到 33 行，返回到 AppClassLoader 调用 parent.getAppClassLoader 处，在 AppClassLoader 实例的范畴下持续向后执行，而后再持续调用 findClass 办法，如果在 AppClassLoader 的类加载门路中找到 User.Class 文件，就会 执行 defindClass(name,res) 办法去加载类文件了。

整个过程用文字描述起来比较复杂，来张图就很分明了，为什么叫做双亲委派：

把 loadedClassList 汇合称作缓存

  1. 先在 AppClassLoader 中缓存中找，如果找不到向 ExtClassLoader 找，如果能找到，间接返回
  2. 在 ExtClassLoader 中缓存找，如果找不到向 BootStrapClassLoader 找，如果能找到，间接返回
  3. 在 BootStrapClassLoader 找，如果找不到，在 ExtClassLoader 类门路汇合中找，
  4. 如果在 ExtClassLoader 类门路汇合找不到，在 AppClassLoader 类门路汇合找
  5. 如果在 AppClassLoader 类门路汇合中能找到，加载该类，并放入缓存。找不到则报错

双亲指的是 ExtClassLoader 和 BootStrapClassLoader，AppClassLoader 先不加载，而是向上让其“父”加载，父加载不到时，本人再加载。这里的父不是父类，而是调用层级的关系。

是时候介绍一下 这三个类加载器

BootStrapClassLoader

疏导类加载器

负责加载撑持 JVM 运行的位于 JRE 的 lib 目录下的外围类库，比方 rt.jar、charsets.jar 等

ExtClassLoader

扩大类加载器

负责加载撑持 JVM 运行的位于 JRE 的 lib 目录下的 ext 扩大目录中的 JAR 类包

AppClassLoader

应用程序加载器

负责加载 ClassPath 门路下的类包，次要就是加载你本人写的那些类

咱们能够写代码验证一下:

package dccmmtop;  
  
import sun.misc.Launcher;  
  
import java.net.URL;  
  
public Class User {public static void main(String[] args) {System.out.println(String.Class.getClassLoader()); // null  
        System.out.println(com.sun.crypto.provider.DESKeyFactory.Class.getClassLoader().getClass().getName()); //sun.misc.Launcher$ExtClassLoader  
        System.out.println(User.Class.getClassLoader().getClass().getName()); // sun.misc.Launcher$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.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"));  
    }  
}

输出如下:

null // 因为调用了 c++ 实现。无奈获取到 java 对象
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader
sun.misc.Launcher$AppClassLoader

the bootstrapLoader : null
the extClassloader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@77459877
the appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

bootstrapLoader 加载以下文件：file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/resources.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/rt.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/sunrsasign.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jsse.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jce.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/charsets.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/lib/jfr.jar
file:/C:/Program%20Files/Java/jdk1.8.0_261/jre/Classes

extClassloader 加载以下文件：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext;C:\WINDOWS\Sun\Java\lib\ext

appClassLoader 加载以下文件：C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_261\jre\lib\ext\jaccess.jar;... 省略

为什么应用双亲委派机制

  1. 沙箱平安机制：
    本人写的 java.lang.String.Class 类不会被加载，这样便能够避免外围 API 库被随便篡改
  2. 防止类的反复加载：当父亲曾经加载了该类时，就没有必要子 ClassLoader 再加载一 次，保障被加载类的唯一性

全盘负责委托机制

“全盘负责”是指当一个 ClassLoder 装载一个类时，除非显示的应用另外一个 ClassLoder，该类
所依赖及援用的类也由这个 ClassLoder 载入

自定义类加载器

从上述源码的形容可知，类加载器的外围办法是 findClass , 和 defineClass。

defindClass 将 class 文件从磁盘加载文件到内存，defineClass 开始解析 class 文件:

所以自定义类加载器只需继承 ClassLoader，而后从写 findClass 文件就行了：

目录如下:

App.java:

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

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

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

        // 从磁盘加载文件
        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;
        }

        // 重写
        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 defieClass(name, data, 0, data.length);
            } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
                throw new ClassNotFoundException();}
        }
    }

    public static void main(String args[]) throws Exception {
        // 初始化自定义类加载器，会先初始化父类 ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载 器设置为应用程序类加载器 AppClassLoader
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/dc_code/java"); // D 盘创立
        // 创立 io/dc 几级目录，将 User 类的复制类 User.class 丢入该目录
        Class clazz = classLoader.loadClass("io.dc.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        // 应用反射调用 User 类的 sout 办法
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}

突破双亲委派机制

通过下面的源码剖析发现，次要是 ClassLoader 类中的laodClass 办法来实现的双亲委派机制，本人不加载而是先让其父加载。

所以间接复写 loadClass 办法即可，不再指定父级加载，以后类间接加载，如下:

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

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

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

        // 从磁盘加载文件
        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;
        }

        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();}
        }

        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) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    long t1 = System.nanoTime();
                    if (name.startsWith("io.dc")) {
                        // 间接查找, 限定包名
                        c = findClass(name);
                    } else {
                        // 其余包中的类还是应用双亲委派机制
                        // 否则会报找不到 Object 类
                        c = this.getParent().loadClass(name);
                    }
                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
                if (resolve) {resolveClass(c);
                }
                return c;
            }
        }
    }

    public static void main(String args[]) throws Exception {
        // 初始化自定义类加载器，会先初始化父类 ClassLoader，其中会把自定义类加载器的父加载 器设置为应用程序类加载器 AppClassLoader
        MyClassLoader classLoader = new MyClassLoader("D:/dc_code/java"); // D 盘创立
        // 创立 io/dc 几级目录，将 User 类的复制类 User.class 丢入该目录
        Class clazz = classLoader.loadClass("io.dc.User");
        Object obj = clazz.newInstance();
        // 应用反射调用 User 类的 sout 办法
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sout", null);
        method.invoke(obj, null);
        System.out.println(clazz.getClassLoader().getClass().getName());
    }
}
正文完
java
发表至： java
2022-08-19
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