2021-05-22 13:59  阅读(1371)
文章分类:深入理解 Java 虚拟机 文章标签:JVMJava 虚拟机

虚拟机把类加载阶段中“通过一个类的权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。“

202105221359476311.png

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,没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(它的搜说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:先检查类是否被家再过,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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