天天看點

類加載器(雙親委派模型)

1.類與類加載器

    對于任何一個類,都需要由加載它的類加載器和這個類本身一同确立其在java虛拟機中的唯一性,每一個類加載器,都擁有一個獨立的類名稱空間。(比較兩個類是否'相等',隻有在這兩個類是由同一個類加載器加載的前提下才有意義,否則即使這兩個類來源一個同一個class檔案,被同一個虛拟機加載,隻要加載它們的類加載器不同,那這兩個類就必定不相等)

    這裡所指的‘相等’,包括類的Class對象的equals()方法,isAssignableFrom()方法,isInstance()方法的傳回結果,也包括使用instanceof關鍵字做對象所屬關系判斷等情況。

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

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("ClassLoaderTest").newInstance();
        System.out.println(obj.getClass());
        System.out.println(obj instanceof ClassLoaderTest);
    }
}
           
類加載器(雙親委派模型)

    這個類加載器加載名為ClassLoaderTest的類并執行個體化了這個類的對象。從兩行輸出結果可以看到,第一行輸出确定是類ClassLoaderTest執行個體化的對象,但是第二句可以發現這個對象與類ClassLoaderTest做的屬性檢查卻傳回了false,這是因為虛拟機中存在了兩個ClassLoaderTest,一個是系統應用程式類加載器加載的,一個是我們自定義的類加載器加載的,雖然是同一個Class檔案但是卻是獨立的兩個類,做的對象所屬類型檢查時結果就是false.

2.雙親委派模型

    從java虛拟機角度來講隻存在兩種不同的類加載器:一種是啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader),這個類加載器用c++實作(隻限于HotSpot),是虛拟機自身的一部分;另一種是所有其他的類加載器,由java實作,獨立于虛拟機外部,并且都繼承自抽象類java.lang.ClassLoader。

    從開發人員的角度來看,類加載器可以劃分的更細緻點,絕大部分java程式都會用到以下三種系統提供的類加載器。

    1.啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader):這個類加載器負責将存放在<JAVA_HOME>\lib目錄中的,或者被-Xbootclasspath參數所指定的路徑中的,并且是虛拟機識别的類庫加載到虛拟機記憶體中。啟動類加載器無法被java程式直接引用,在編寫自定義類加載器是,如果需要把加載請求委派給引導類加載器,那直接用null代替即可。

類加載器(雙親委派模型)

    2.擴充類加載器(Extension ClassLoader):這個加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實作,它負責加載<JAVA_HOME>\lib\ext目錄中的,或者被java.ext.dirs系統變量所指定的路徑中的所有類庫,開發者可以直接使用擴充類加載器。

    3.應用程式類加載器(Application ClassLoader):這個類加載器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader實作。由于這個類加載器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的傳回值,是以一般稱它為系統類加載器。它負責加載使用者類路徑(ClassPath)上所指定的類庫,開發者可以直接使用這個類加載器,如果應用程式中沒有自定義過自己的類加載器,一般情況下這個就是程式中預設的類加載器。

類加載器(雙親委派模型)

    雙親委派模型要求除了頂層啟動類加載器外,其餘的類加載器都應當有自己的父類加載器。這裡類加載器直接的父子關系不會以繼承實作,是使用組合關系來複用父加載器的代碼。

    雙親委派模型的工作過程是:如果一個類加載器收到了類加載的請求,它首先不會自己去嘗試加載這個類,而是把這個請求委派給父類加載器去完成,每一個層次的類加載器都是如此,是以所有的加載請求最終都應該傳送到頂層啟動類加載器中,隻有當父加載器回報自己無法完成這個請求(它的搜尋範圍中沒有找到所需的類)時,子加載器才會嘗試自己加載。(雙親委派模型不是強制性的限制模型)

    使用雙親委派模型來組織類加載器直接的關系,顯而易見的好處就是java類随它的類加載器一起具備了一種帶有優先級的層次關系。如java.lang.Object,它存放在rt.jar.無論哪個類加載器加載這個類,最終都是委派給最頂端的啟動類加載器進行加載。是以Object類在程式的各種類加載器環境中都是一個類。否則如果沒有使用雙親委派模型,由各個類加載器自行加載,再程式的ClassPath中存放使用者自己編寫的java.lang.Object類。那系統中将會出現多個不同的Object類,應用程式将會一片混亂。

    實作雙親委派的代碼集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法中:先檢查是否已經被加載過,如果沒有加載則調用父加載器的loadClass(),若父加載器為空則預設使用啟動類加載器作為父加載器。如果父加載失敗,抛出ClassNotFoundException異常後,再調用findClass方法進行加載。

類加載器(雙親委派模型)
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;
        }
    }
           

jdk1.8的loadclass方法。

3.“破壞”雙親委派模型

    曆史上一共有三次雙親委派模型被”破壞”的情況。

第一次是因為向前相容JDK1.2以前的版本所添加的protected方法findClass(),在此之前使用者去繼承ClassLoader的唯一目的就是為了重寫loadClass()方法。

第二次是為了能讓基礎類調用使用者代碼。如典型的例子JNDI,為了解決這個問題引入了線程上下文加載器,通過線程上下文使父類加載器請求子類加載器完成類加載,采用這種模式的例有:JNDI,JDBC,JCE,JAXB,JBI等(所有涉及SPI的加載動作幾乎都采用這種模式)。

第三次是由于使用者對程式動态性的追求導緻的(代碼熱替換,子產品熱部署)。其中OSGI中對類加載器的使用十分值得學習。

(ps:因為篇幅的關系這裡對破壞雙親委派模型這塊不做過多講述,有需要的同學請自行查詢資料。如果發現有什麼纰漏或是說錯的地方請留言。内容采自深入了解java虛拟機 jvm進階特性與最佳實踐)