从一个例子看Java ClassLoader

hujun8610
674 阅读4分钟

ClassLoader中文翻译过来类加载器，顾名思义就是用来加载Java Class文件的。程序员写出来的java代码，必须首先编译成java class文件，然后通过ClassLoader将class文件加载到计算机内存中执行。其实本人也看了很多classloader的文章或书籍，对其中反复介绍的class字节码加载过程、双亲委派模型一直不是很了解，今天通过一个简单的classloader的demo来详细理解其中的原理。

ClassLoader Demo

public class MyClassLoader extends ClassLoader{

   private static int counter = 0;


   @Override
   protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
       try {
           System.out.println("===========counter==========" + counter);
           if(counter>0){
               throw new RuntimeException("已经初始化");
           }
           byte[] classBytes = IOUtils.toByteArray(new FileInputStream("/tmp/RouteMappingServiceImpl.class"));
           counter++;
           return defineClass(name,classBytes,0,classBytes.length);
       } catch (IOException e) {
           throw new RuntimeException(e);
       }
   }




   @SneakyThrows
   public static void main(String[] args) {
       MyClassLoader loader = new MyClassLoader();

       Class c = loader.loadClass("com.cmcc.coc.demo.service.RouteMappingServiceImpl");
       RouteMappingService rms = (RouteMappingService) c.newInstance();
       rms.print("测试classloader");

       Class c1 = loader.loadClass("com.cmcc.coc.demo.service.RouteMappingServiceImpl");
       RouteMappingService rms1 = (RouteMappingService) c1.newInstance();
       rms1.print("测试classloader111");
   }
}

这段代码实现了一个自定义的classloader的类，重写了classloader的findClass方法。

  1. 这段代码在执行过程中，若在target目录下面删除RouteMappingServiceImpl.class文件，则执行结果如下：

image.png

  1. 删除了RouteMappingServiceImpl.class文件之后，将相同的文件拷贝到/tmp目录下，执行结果如下：

image.png

运行结果分析

为什么counter=0

main函数中创建了一个classloader，同时使用这个classloader加载了两次类，但是findClass只执行了一次。这个主要是Java类加载的机制决定的。

何时加载类

  1. 遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic这4条指令，注意这里的new并发java关键字new，而是字节码指令new。
  2. 读取或者设置静态字段的时候
  3. 调用类型的静态方法的时候
  4. 使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用的时候
  5. 类初始化的时候，若父类未进行初始化，则会触发父类的初始化
  6. 包含main()方法的类。 注意classLoader的loadClass并不会触发类的加载。 在demo中调用newInstance方法触发了类的加载，并且在类已经加载内存中之后，再次调用newInstance并不会再次调用类加载器。因此findClass只会执行一次。

ClassLoader双亲委派模型

终于说到大名鼎鼎的类加载机制了。Java的类加载的模型是自己先不加载，先调用父类加载器，父类加载器无法加载在调用子类的加载。那么为什么要这样设计呢，这个好像与继承的方式好像是相反的，其实这样设计最大的好处就是保证Java基础类的稳定性。比如java.lang.Object类，由于采用了双亲委派机制，就只能使用BootstrapClassLoader来进行加载，其他类加载器是无法加载到这个类，这样就确保了基础类的稳定性。

类加载层次

  1. Bootstrap ClassLoader:启动类加载器，JVM的一部分，C++实现。
  2. Extension ClassLoader：扩展类加载器：负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下面的类。
  3. Application ClassLoader:应用类加载器，负责加载用户的类，也就是classpath中的类。
  4. User ClassLoader:自定义类加载器。 这三个类并非Java中的继承关系，而是使用组合的方式实现，具体实现的代码在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;
    }

这里面的parent的值如下：

image.png 是一个类的实例变量，在初始化中就会配置好，比如ApplicationClassLoader类，其parent就应该是Extension ClassLoader。这个与java中的继承是不一样的。

loadClass方法未被调用原因

当删除target目录中的RouteMappingServiceImpl文件之后，首先调用的是用户类加载器，用户类加载器调用AppClassLoader->Ext ClassLoader->BootstrapClassLoader，由于BootstrapClassLoader无法加载RouteMappingServiceImpl.class文件，因此BootstrapClassLoader->extClassLoader->appClassLoader，此时有两种情况

  1. classpath中存在RouteMappingServiceImpl.class文件，则appClassLoader完成类的加载，整个类加载过程结束，并不会调用我们写的findClass方法。
  2. classpath中不存在RouteMappingServiceImpl.class文件，则调用MyClassLoader.findClass方法完成类的加载，整个流程结束。 以上就是两种不同情况下打印不同语句的原因。

小结

Java的类加载器是一个很精妙的设计，开发人员可以设计不同的类加载器实现不同的加载方式，比如可以从网络或数据库中读取java class文件完成类的加载，也可以对java class文件进行加解密等等，通过这些可以极大方便的java的扩展，这一切的基础都需要Java程序员对类加载器基础有比较深刻的理解。

avatar
文章
阅读
粉丝