Java 类加载

类加载

类加载的基础知识
2021-05-13-11-19-32-964954.jpeg
以上是大家比较熟悉的类加载器模型，主要包含 3 种类加载器：

  • BootstrapClassloader 根加载器，也就是系统类加载器，加载核心库，如 rt.jar。
  • ExtensionClassloader 扩展类加载器，主要加载/ext/下面的 jar 包
  • AppClassloader 负责加载 classpath 下的类，开发时候代码大部分由其加载。

此外比较需要知道的几点：

  • 一个类是由 jvm 加载是通过类加载器+全限定类名确定唯一性的。
  • 双亲委派，众所周知，子加载器会尽量委托给父加载器进行加载，父加载器找不到再自己加载
  • 线程上下文类加载，为了满足 spi 等需求突破双亲委派机制，当高层类加载器想加载底层类时通过 Thread.contextClassLoader 来获取当前线程的类加载器(往往是底层类加载器)去加载类。

    ClassNotFoundException

    ClassNotFoundException 表示类找不到异常，是一种 Exception，通常发生在载入阶段，当开发者主动调用 Class.forName()、ClassLoader.loadClass()或 ClassLoader.findSystemClass()动态加载指定类时候，类加载器就会去 classpath 下寻找类，如果找不到就会抛出此错误。
    还有另外一种情况是当一个类已经被某个类加载器加载到内存中，另外一个类加载器试图去加载时也会发生错误。
    ClassNotFoundException 是一个 exception 类，同时发生在主动执行动态加载时，所以应该去 catch 它，防止发生一些运行时错误。

    NoClassDefFoundError

    NoClassDefFoundError 是一种和 ClassNotFoundException 很像的错误，只不过它是更严重的 error 类型。它发生在链接阶段，表示 jvm 在编译阶段可以找到相应的类，但在执行过程中却找不到相应的类。
    一种原因是由于在编译后运行前类被更改或者删除了。另外一种则是 classpath 本身被修改过了，这可以通过System.getProperty("java.classpath")来找到程序实际运行的 classpath，或者通过-classpath 命令来指定正确的 classpath。
    那如果是在 ide 中开发，很多时候出现的情况是可以通过 ide 编译通过，但在实际运行的 WEB-INF/lib 下却是没有的。所以排查的时候需要去实际的 war 包下面确定是否有类。

    NoSuchMethodError

    还会遇到 NoSuchMethodError 错误，它表示找不到方法，但找不到方法归根结底是找到了不正确的类。
    通常情况下是因为 jar 包冲突问题，即加载了不匹配版本的类导致的。例如应用中有 A、B 两个二方包，A 依赖 C-v1 包，而 B 依赖 C-v2 包，如果 maven 仲裁最后使用的是 C-v1 包，那么当 B 加载到 C-v2 中有而 C-v1 中没有的方法时就会报 NoSuchMethodError。
    这种情况首先得知道 jvm 到底加载的是什么版本，这可以使用-verbose:class来确定。

    LinkageError

    LinkageError 相比较之前几种错误不那么常见，只有多个类加载器同时作用交互时才会出现。另外，
    jvm 中一个类由全限定类名与类加载器确定类实例，那么不同类加载器加载的同一个类是属于不同类实例的，然后在内存中如果两者发生交互，就会出现 LinkageError 异常。
    一般情况下，jvm 加载类都会遵循之前所述的双亲委派原则，不太可能出现一个类有不同类加载器加载的情况。但在诸如 tomcat 之类的 javaEE 环境中，常常出这种状况，这是由于 tomcat 上的 web 应用类加载机制稍有不同，每个资源模块（比如一个 war 包）都优先使用自身的资源，突破了双亲委派模型：
    2021-05-13-11-19-33-104580.jpeg
    当 appClassLoader 加载类时候，会首先在自己的本地资源库中查找类，其次才会走双亲委派模型。那么如果一个类 A 由 AppClassLoaderx 加载，但其超类在 AppClassLoader 中没有，只有委托 CommonClassLoader 才能找到，当类 A 与其超类进行交互时就会报错了。
    还有一种比较常见的情况是进行自定义类加载器开发时遇到。比如开发类隔离容器时，期望将某些中间件都由与应用不同的独立类加载器加载，但这时候如果中间件依赖 spring context，而应用本身也依赖 spring context，那么 作为 spring bean 交互时候就会妥妥报 LinkageError 了。
    解决这个问题的办法包括 2 种，即控制不同类加载器加载的类不进行交互，或者都交于一个共同的父加载器进行加载。

    Some Tips

    总结一下以上几种错误。ClassNotFoundException 以及 NoClassDefFoundError 都是由于加载不到类导致的，而 NoSuchMethodError 是因为加载了不正确的类，LinkageError 则是由于同一个类被多个类加载器加载所导致的。
    以上这些问题都可以使用arthas进行排查。例如使用 sc 命令来查看 JVM 已加载的类信息，包括从哪个 jar 包读取，由哪个类加载器加载。使用 jad 命令来查看 jvm 中反编译的代码，可以定位到底到底有没有所需 method。以及使用 classloader 命令，来查看当前所有 classloader 的信息，包括加载的 urls，是否能加载到指定的类或者 resources 等。