你不能不知道的JVM系列之类加载器

八佾

2022年07月20日 08:37

本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。

类加载器

作用

在加载阶段(Load)，读取字节码，将字节码加载进JVM，转换成java.lang.Class对象
确定类在JVM中的唯一性。（子父级的关系限制了类的唯一性，全限定名一致的类，如果类加载器不同，也并不是同一个类）

分类/分层

java1.2版本中，只有Bootstrap的类加载器，这种情况下，很容易造成java自身的一些核心类由于同全限定名而被覆盖，不安全，因此对于类的安全性，信任考虑，进行了分层，java核心类>安装扩展类>自定义类

加载器分类	层级(数字越小，层级越高)	加载内容	备注
Bootstrap ClassLoader	1	负责加载$JAVA_HOME中 jre/lib/rt.jar 里所有的class或Xbootclassoath选项指定的jar包。	C++实现，不可访问
Extension ClassLoader	2	负责加载java平台中扩展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar 或 -Djava.ext.dirs指定目录下的jar包。
App ClassLoader	3	负责加载classpath中指定的jar包及 Djava.class.path 所指定目录下的类和jar包。
Custom ClassLoader	4	通过java.lang.ClassLoader的子类自定义加载class	Tomcat使用的这种方式

主要特性

全盘负责

当一个类加载器负责加载当前类的时候，当前类所依赖、引用的其他类，也将有该类加载器负责加载引入，除非显式的指定类加载器
类加载器加载引入的含义是指：指定类的加载入口，实际上究竟由谁加载，则由父类委托机制完成

父类委托(双亲委派)

子类如果没有加载过类，则交由父类加载
父类无法加载，则交由子类查找加载

父类委托.png

缓存机制

缓存机制保证加载过的Class在内存中缓存
优先从缓存中读取，找不到再Load
缓存很难被卸载，因此需要很多时候更改了字节码文件，需要重启JVM
相同的Class的loadClass()；只会调用一次，类变量因此只初始化一次

loadClass源码

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;
        }
    }
复制代码

双亲委派问题

三方服务的问题，例如数据库驱动包java.sql.Driver

打破双亲委派

SPI（service provider interface）

Java核心类中定义了很多接口和调用逻辑，但是没有具体的实现。SPI的方式，是自定义实现该接口的实现类，并且在META-INF/services下注册实现类，供核心类库使用，例如JDBC的DriverManager。

OSGI

通过卸载更新类加载器，同事卸载和替换类，实现代码的热部署。

自定义类加载器

自定义字节码的查找流程，重写loadClass