jvm内存模型分析-类和类加载器

2019 精帖
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类加载器

        类加载器虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到 Java 虚拟机外部去实现,以便让应用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”。类加载器可以说是 Java 语言的一项创新,也是 Java 语言流行的重要原因之一,它最初是为了满足 Java ApPlet 的需求而开发出来的。虽然目前 Java Applet 技术基本上已经“死掉”  , 但类加载器却在类层次划分、 OSGi 、热部署、代码加密等领域大放异彩,成为了 Java 技术体系中一块重要的基石。


        类与类加载器类加载器虽然只用于实现类的加载动作,但它在 Java 程序中起到的作用却远远不限于类加载阶段。对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在 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。这句话可以表达得更通俗一些:比较两个类是否“相等”,只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则,即使这两个类来源于同一个 class 文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那这两个类就必定不相等。

        这里所指的“相等”,包括代表类的 Class 对象的 equals ( )方法、 isAssignableFrom ( )方法、 islnstance ( )方法的返回结果,也包括使用 instanceof 关键字做对象所属关系判定等情况。如果没有注意到类加载器的影响,在某些情况下可能会产生具有迷惑性的结果,代码清单演示了不同的类加载器对 instanceof 关键字运算的结果的影响。

/**
 * 类加载器与instanceof关键字演示
 *
 * @author zzm
 */
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);
                }
            }
        };
 
        Object obj = myLoader.loadClass("org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest").newInstance();
 
        System.out.println(obj.getClass());
        System.out.println(obj instanceof org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest);
    }
}
 
运行结果:
Class org.fenixsoft.classloading.ClassLoaderTest
False

        代码清单中构造了一个简单的类加载器,尽管很简单,但是对于这个演示来说还是够用了。它可以加载与自己在同一路径下的 Class 文件。我们使用这个类加载器去加载了一个名为“ org . fenixsoft . classloading . ClassLoaderTest ”的类,并实例化了这个类的对象。两行输出结果中,从第一句可以看出,这个对象确实是类 org . fenixsoft . c lassloading . classLoaderTest 实例化出来的对象,但从第二句可以发现,这个对象与类 org . fenixsoft.classloading . ClassLoaderTest 做所属类型检查的时候却返回了几 Ise ,这是因为虚拟机中存在了两个 ClassLoaderTest 类,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的类加载器加载的,虽然都来自同一个 Class 文件,但依然是两个独立的类,做对象所属类型检查时结果自然为 false 。

        从Java 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 ) ,这个类加载器使用 C + +语言实现份,是虚拟机自身的一部分;另一种就是所有其他的类加载器,这些类加载器都山 Java 语言实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承白抽象类 java . lang .ClassLoader 。

从 Java 开发人员的角度来看,类加载器还可以划分得更细致一些,绝大部分 Java 程序都会使用到以下 3 种系统提供的类加载器。

    1.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 日录中的,或者被一 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。

    2. 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<AVA HOME>\bin\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。

    3.应用程序类加载器(application classloader)这个加载器由 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,所以一般也称他为系统类加载器。他负责加载用户类路径(classpath)上指定的类库,开发者可以直接使用这个类加载器。如果应用程序中没有定义过自己的类加载器。一般情况下使用的就是这个类加载器。

    我们的应用程序都是由这三个类加载器相互配合进行加载的,如果有必要还可以加入自己的类加载器。


双亲委派模型

d.png


        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丢完成,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.lag.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。

双亲委派模型对于保证java程序的稳定运作很重要,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loadClass0()方法之中。

ddd.png

        先检查是否已经被加载过,若没有加载则调用父加载器的 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。如果父类加载失败,抛出ClassNotFoundException异常后,再调用自己的findClass方法进行加载。


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