java jvm虚拟机类加载器

Posted 2020-11-15 Nucky_yang

在Java中任意一个类都是由这个类本身和加载这个类的类加载器来确定这个类在JVM中的唯一性。

类加载器

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描述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

　　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限于类加载阶段。 对于任意一个类， 都需要由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。 如果没有注意到类加载器的影响， 在某些情况下可能会产生具有迷惑性的结果， 代码清单7-8中演示了不同的类加载器对instanceof关键字运算的结果的影响。

/**
*类加载器与instanceof关键字演示
***/
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） ；
　　}}}
　　；
　　Object obj=myLoader.loadClass（ "org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest"） .newInstance（ ） ；
　　System.out.println（ obj.getClass（ ） ） ；
　　System.out.println（ obj instanceof org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest） ；
}}

执行结果--------------------------------------------------------
class org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest
false

类加载器概述 

从Java虚拟机的角度来讲，只存在两种不同的类加载器：

1. 一种是启动类加载器（ Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现[1]，是虚拟机自身的一部分；
2. 另一种就是所有其他的类加载器，这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

从Java开发人员的角度来看，类加载器还可以划分得更细致一些，绝大部分Java程序都会使用到以下3种系统提供的类加载器。

启动类加载器（ Bootstrap ClassLoader）

这个类将器负责将存放在＜JAVA_HOME＞ \\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（ 仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。

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。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ ClassPath）上所指定的类库，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。

双亲委派模型

 

　　图中展示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（ ParentsDelegation Model）。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余的类加载器都应当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（ Inheritance）的关系来实现，而是都使用组合（ Composition）关系来复用父加载器的代码。
　　双亲委派模型的工作过程是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先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都应该传送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所需的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

 我一直好奇为什么叫双亲，这里的双亲其实就指的是父类，没有mother。不应该叫单亲委派模型吗？

protected synchronized Class＜ ?＞ loadClass（ String name,boolean resolve） throws ClassNotFoundException
{
　　//首先， 检查请求的类是否已经被加载过了
　　Class c=findLoadedClass（ name） ；
　　if（ c==null） {
　　　　try{
　　　　　　if（ parent！ =null） {
　　　　　　　　c=parent.loadClass（ name,false） ；
　　　　　　}else{
　　　　　　　　c=findBootstrapClassOrNull（ name） ；
　　　　　　}}
　　　　catch（ ClassNotFoundException e） {
　　　　//如果父类加载器抛出ClassNotFoundException
　　　　//说明父类加载器无法完成加载请求
　　}
　　if（ c==null） {
　　　　//在父类加载器无法加载的时候
　　　　//再调用本身的findClass方法来进行类加载
　　　　c=findClass（ name） ；
　　}}
　　if（ resolve） {
　　　　resolveClass（ c） ；
　　}
return c；
}

先检查是否已经被加载过，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。如果父类加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，再调用自己的findClass()方法进行加载。

非双亲委派模型

　　一个典型的例子便是JNDI服务，JNDI现在已经是Java的标准服务，它的代码由启动类加载器去加载(在JDK 1.3时放进去的rt.jar)，但JNDI的目的就是对资源进行集中管理和查找，它需要调用由独立厂商实现并部署在应用程序的ClassPath下的JNDI接口提供者(SPI,Service Provider Interface)的代码，但启动类加载器不可能“认识”这些代码啊！那该怎么办？为了解决这个问题，Java设计团队只好引入了一个不太优雅的设计：线程上下文类加载器(Thread Context ClassLoader)。 这个类加载器可以通过java.lang.Thread类的setContextClassLoaser()方法进行设置， 如果创建线程时还未设置， 它将会从父线程中继承一个， 如果在应用程序的全局范围内都没有设置过的话， 那这个类加载器默认就是应用程序类加载器。
　　有了线程上下文类加载器，就可以做一些“舞弊”的事情了，JNDI服务使用这个线程上下文类加载器去加载所需要的SPI代码， 也就是父类加载器请求子类加载器去完成类加载的动作， 这种行为实际上就是打通了双亲委派模型的层次结构来逆向使用类加载器，实际上已经违背了双亲委派模型的一般性原则，但这也是无可奈何的事情。Java中所有涉及SPI的加载动作基本上都采用这种方式，例如JNDI、 JDBC、 JCE、 JAXB和JBI等。

　　拿JDBC举例，rt.jar中的bootstrap ClassLoader 可找不着jdbc的jar包，（默认只识别JAVA_HOME/lib/下的规范jar包，不是随便扔个jar包进去他就认的。）咋整？Java就搞了个线程上下文类加载器，通过setContextClassLoader()默认情况就是应用程序类加载器然后Thread.current.currentThread().getContextClassLoader()获得类加载器来加载。

OSGI

每一个程序模块（ OSGi中称为Bundle） 都有一个自己的类加载器， 当需要更换一个Bundle时， 就把Bundle连同类加载器一起换掉以实现代码的热替换。
在OSGi环境下， 类加载器不再是双亲委派模型中的树状结构， 而是进一步发展为更加复杂的网状结构， 当收到类加载请求时， OSGi将按照下面的顺序进行类搜索：
1） 将以java.*开头的类委派给父类加载器加载。
2） 否则， 将委派列表名单内的类委派给父类加载器加载。
3） 否则， 将Import列表中的类委派给Export这个类的Bundle的类加载器加载。
4） 否则， 查找当前Bundle的ClassPath， 使用自己的类加载器加载。
5） 否则， 查找类是否在自己的Fragment Bundle中， 如果在， 则委派给Fragment Bundle的类加载器加载。
6） 否则， 查找Dynamic Import列表的Bundle， 委派给对应Bundle的类加载器加载。
7） 否则， 类查找失败。
上面的查找顺序中只有开头两点仍然符合双亲委派规则， 其余的类查找都是在平级的类加载器中进行的。

OSGi中对类加载器的使用是很值得学习的， 弄懂了OSGi的实现， 就可以算是掌握了类加载器的精髓。

参考《深入理解java虚拟机》