Java虚拟机07——类加载器与双亲委派模型

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类加载器

类加载器实现了通过一个类的全限定名来获取此类的二进制字节流,这个动作是放到Java虚拟机外部实现的,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的实现类。

关于类 的唯一性:只有加载它的类加载器和类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性,即使这两个类来源于同一个Class文件,被同一个虚拟机加载,只要它们的类加载器不同,那这两个类就必定不同

public class ClassLoadTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        ClassLoader classLoader = new ClassLoader() {

            @Override
            public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                try {
                    String fileName = name.substring(name.lastIndexOf(".") + 1) + ".class";
                    InputStream inputStream = getClass().getResourceAsStream(fileName);
                    if (inputStream == null) {
                        return super.loadClass(name);
                    }

                    byte[] b = new byte[inputStream.available()];
                    inputStream.read(b);
                    return defineClass(name,b,0,b.length);
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                    throw new ClassNotFoundException(name);
                }
            }
        };
        Object obj = classLoader.loadClass("chap07.ClassLoadTest").newInstance();
        System.out.println(obj.getClass());
        System.out.println(obj instanceof chap07.ClassLoadTest);
    }
}

复制代码

运行结果:

image.png
从第一行看出,这个对象确实是类chap07.ClassLoaderTest实例化出来的对象,但是从第二句可以发现,这个对象与类chap07.ClassLoaderTest做所属类型检查的时候却返回了false,这是因为虚拟机中存在了两个ClassLoader,一个是由系统应用程序类加载器加载的,另外一个是由我们自定义加载器加载的,虽然都来自同一个Class文件,但依然是两个独立的类。

双亲委派模型

从Java虚拟机的角度讲,只存在两种不同的类加载器:一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器使用C++语言实现,是虚拟机自身的一部分。另一种就是其他的类加载器,这些类加载器由Java语言实现,独立于虚拟机外部,并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

从Java开发人员角度看,绝大部分Java程序都会使用到以下3中系统提供的类加载器。

  • 启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):启动类加载器(Bootstrap ClassLoader):前面已经介绍过,这个类将器负责将存放在$JAVA_HOME/lib目录中的,或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的,并且是虚拟机识别的(仅按照文件名识别,如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载)类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被Java程序直接引用,用户在编写自定义类加载器时,如果需要把加载请求委派给引导类加载器,那直接使用null代替即可
  • 扩展类加载器(Extension ClassLoader):这个加载器由sun.misc.LauncherExtClassLoader实现,它负责加载JAVA_HOME/lib/ext目录中的,或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库,开发者可以直接使用扩展类加载器。
  • 应用程序类加载器(Application ClassLoader):这个类加载器由sun.misc.Launcher$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。

我们的应用程序都是由这3种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:

image.png

这种层次关系称为双亲委派模型(Parents Delegation 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。

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就是Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。 例如类java.lang.Object,它存放在rt.jar之中,无论哪一个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此Object类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反,如果没有使用双亲委派模型,由各个类加载器自行去加载的话,如果用户自己编写了一个称为java.lang.Object的类,并放在程序的ClassPath中,那系统中将会出现多个不同的Object类,Java类型体系中最基础的行为也就无法保证,应用程序也将会变得一片混乱。如果读者有兴趣的话,可以尝试去编写一个与rt.jar类库中已有类重名的Java类,将会发现可以正常编译,但永远无法被加载运行。

双亲委派的代码都几种在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法之中

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
{
    synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
        // 首先,检查请求的类是否已经被加载过了
        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) {
                // 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) {
                // 调用本身的findClass方法进行加载
                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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  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。
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