类加载运行的过程
以windows为例,当程序启动时,java.exe主程序会调用底层的jvm.dll文件创建虚拟机并创建一个引导类加载器
loadClass(类加载)的步骤
- 加载: 只有被使用到的类才会被加载,加载过程中会生成一个Class对象,作为方法区的访问入口。
- 验证: 校验class文件格式内容等的正确性。
- 准备: 为加载的类的静态变量分配内存,并赋予默认值。
- 解析: 将符号引用替换为直接引用。
- 初始化:为类的静态变量初始化指定的值, 并执行静态代码块。
类加载器
类加载的过程是通过类加载器实现的。
类加载器的类型:
- 引导类加载器(BootstrapClassLoader): 负责加载JRE中lib目录下的核心类库, 如rt.jar等
- 扩展类加载器(ExtClassLoader): 负责加载JRE中lib目录下ext目录下的扩展类库。
- 应用程序加载器(AppClassLoader): 负责加载classpath路径下的类包, 引用的jar包或自己的类。
- 自定义加载器: 负责自定义路径下的类包。
输出类加载器
System.out.println(String.class.getClassLoader()); //引用加载器由C++创建, 所以java无法直接获取
System.out.println(DESKeyFactory.class.getClassLoader());
System.out.println(TestJDKClassLoader.class.getClassLoader());
ClassLoader appClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
ClassLoader extClassLoader = appClassLoader.getParent();
ClassLoader bootstrapLoader = extClassLoader.getParent();
System.out.println("bootStrapLoader : " + bootstrapLoader);
System.out.println("extClassLoader : " + extClassLoader);
System.out.println("appClassLoader : " + appClassLoader);
//输出结果
null
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@404b9385
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
bootStrapLoader : null
extClassLoader : sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@404b9385
appClassLoader : sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
由于String由引导类加载器负责加载, 而引导类加载器由C++底层实现, 所以输出为null。
bootstrapLoader同理。
类加载的初始化
当java底层创建jvm时会创建JVM启动器, 实例为sun.misc.Launcher
Launcher初始化使用了单例模式
初始化时Launcher调用构造方法创建了两个类加载器ExtClassLoader和AppClassLoader, 并默认调用getClassLoader()方法返回创建的加载器(AppClassLoader)
为什么是AppClassLoader呢?
不懂就看源码!
Launcher调用getClassLoader直接返回的是loader属性(ClassLoader)
当运行Launcher的构造方法时Launcher首先创建了ExtClassLoader(扩展类加载器), 随后又创建了AppClassLoader并将生成好的ExtClassLoader传入到AppClassLoader的创建方法参数中, 并将生成的AppClassLoader返回给了this.loader
看清楚了, AppClassLoader返回给了this.loader
那么问题又来了, ExtClassLoader传入getAppClassLoader又是做了什么呢?
继续看源码!
最终只是初始化了一个AppClassLoader
那么来看一下父类(URLClassLoader)又做了什么吧
咦, 发现这个参数居然起名为parent, 并且继续往上走。
发现走到最上层的父类是ClassLoader类, 原来是把老祖宗的parent设置为了ExtClassLoader。
所以说AppClassLoader、ExtClassLoader、BootstrapClassLoader之间是存在父子关系的! (注意, 这里的父子关系绝不是继承的关系!)
那么为什么要存在这种父子关系呢? 重头戏来了!
双亲委派机制
刚才我们看到的这种加载方式其实就存在双亲委派机制, 当加载某个类时会先委托父加载器寻找目标类, 找不到再继续委托上层父加载器, 如果所有父加载器都没有找到目标类, 则在自己的类加载路径中查找并加载。
说简单点就是有事先找爹!
那么jvm是怎么实现双亲委派机制的?
不废话还是直接看源码!
以下代码为Launcher类中的AppClassLoader类中的loadClass方法
前面的代码我们暂时忽略掉, 重点看红框框这里的代码!
这里直接调用父类的loadClass()方法, 父类是谁? URLClassLoader
我们去瞜一眼!
还是一直在往上走! 最终又到了老祖宗这里 ClassLoader类
重头戏来了!
最终这个方法大概逻辑:
- 首先检查指定的类是否已经加载过了, 如果加载就不需要加载直接返回该类。
- 如果没有加载过那么判断是否有父加载器, 如果有则由父加载器加载
- 如果父加载器及bootstrap加载器都没有找到指定类, 那么就调用当前类加载器的findClass方法来加载。
//这是ClassLoader类中的loadClass方法
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
//首先, 检查当前类加载器是否已经加载了该类, 调用底层的native方法
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {//当前类没有被加载过
long t0 = System.nanoTime();
try {
//如果存在父加载器则调用父加载器的loadClass方法(ClassLoader)
//实际父加载器还是ClassLoader类, 还会递归调用该方法!
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//从引导类加载器中寻找该类, 没找到会返回null
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
//如果在父加载器和引导类加载器中都没有找到该类, 那么调用自身的findClass方法来加载
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;
}
}
双亲委派机制有什么作用?
-
沙箱安全机制: 防止核心API库被随意篡改
-
避免类的重复加载: 当父加载器加载类后就没有必要让子加载器再加载一次, 保证被加载类的唯一性!
看一个示例
package java.lang; public class String { public static void main(String[] args) { System.out.println("自定义String类"); } } //程序报错! 错误: 在类 java.lang.String 中找不到 main 方法, 请将 main 方法定义为: public static void main(String[] args) 否则 JavaFX 应用程序类必须扩展javafx.application.Application
因为, String类是由**引导类加载器(BootstrapClassLoader)**加载的,核心类库中的String并没有main方法
自定义类加载
自定义类加载只需要继承老祖宗java.lang.ClassLoaderL类, 通过以上原发分析得知, 该类有两个核心方法, 一个是 loadClass(), 该方法实现了双亲委派机制, 还有一个方法就是findClass, 默认实现是空方法, 所以自定义类加载主要是重写findClass方法!
public class MyClassLoaderTest {
static class MyClassLoader extends ClassLoader {
private String classPath;//指定类加载器读取的磁盘位置
public MyClassLoader(String classPath) {
this.classPath = classPath;
}
//将文件写入到字节数组中
private byte[] loadByte(String name) throws Exception {
name = name.replaceAll("\\.", "/");
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(classPath + "/" + name + ".class");
int len = fileInputStream.available();
byte[] data = new byte[len];
fileInputStream.read(data);
fileInputStream.close();
return data;
}
//重写findClass方法
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
byte[] data = loadByte(name);//获取类的字节数组
return defineClass(name, data, 0, data.length);//将字节数组转换为Class对象
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
MyClassLoader myClassLoader = new MyClassLoader("E:/test");
Class<?> aClass = myClassLoader.loadClass("com.wf.User");
System.out.println(aClass.getClassLoader());
}
}
//最终执行结果
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
有没有惊奇的发现为什么我们使用自己的MyClassLoader后User类居然还是AppClassLoader加载的?
如果到这里你还是不明白, 那说明你没有真正的理解双亲委派机制!
首先我们自定义加载器会找到父加载器AppClassLoader加载器, 之后再继续向上找, 最终由AppClassLoader加载!
那么就是想让我们自己定义的MyClassLoader加载怎么办?
很简单, 我们只需要把项目中的User类删掉, 注意target下的class文件
搞定!
打破双亲委派机制
双亲委派机制的具体实现是在ClassLoader类中的loadClass方法中实现的, 那么想打破这个规则思路就很简单了! 重写loadClass方法不就行了嘛。
去掉双亲委派机制的核心代码
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
long t0 = System.nanoTime();
/*try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}*/
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
long t1 = System.nanoTime();
c = findClass(name);
// this is the defining class loader; record the stats
sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
}
搞定! 运行测试!
什么? 报错了???
java.io.FileNotFoundException: E:\test\java\lang\Object.class (系统找不到指定的路径。)
at java.io.FileInputStream.open0(Native Method)
at java.io.FileInputStream.open(FileInputStream.java:195)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:138)
at java.io.FileInputStream.<init>(FileInputStream.java:93)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.loadByte(MyClassLoaderTest.java:15)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.findClass(MyClassLoaderTest.java:25)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.loadClass(MyClassLoaderTest.java:45)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.findClass(MyClassLoaderTest.java:26)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.loadClass(MyClassLoaderTest.java:45)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest.main(MyClassLoaderTest.java:64)
Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: java/lang/Object
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:642)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.findClass(MyClassLoaderTest.java:26)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest$MyClassLoader.loadClass(MyClassLoaderTest.java:45)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at com.wf.jvm.MyClassLoaderTest.main(MyClassLoaderTest.java:64)
Process finished with exit code 1
没关系! 报错了我们就找问题所在!
看一下报错信息, FileNotFoundException 说没有找到Object.class文件!
为什么会出现这个错误呢? 因为每一个类都有个超级父类它的名字叫Object
我们的加载器只加载了User类, 而我们的父加载器被我们屏蔽掉了, 所以加载不到Object类
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();
//在这里定义如果不是自定义加载器加载的路径都交给父加载器加载
if(!name.startsWith("com.wf")){
c = super.loadClass(name, resolve);
}else{
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;
}
}
问题解决, 项目中存在User依然使用我们自定义加载器加载我们指定磁盘目录的类文件!
为什么要打破双亲委派机制?
例如tomcat, Tomcat是一个web容器,但是可能需要部署多个应用程序,不同的应用程序可能会依赖同一个第三方类库的不同版本,因此要保证每个应用程序的类库都是独立的, 保证互相隔离